高性能Ag2Se基柔性热电薄膜：面向可穿戴电子器件的突破性进展

本文报道了一种基于Ag2Se纳米线的新型柔性热电薄膜，通过引入还原氧化石墨烯（rGO）导电网络和尼龙支架，实现了室温ZT值1.28的创纪录性能。该研究解决了柔性热电材料电导率（σ）与塞贝克系数（S）耦合、热导率（κ）过高的关键难题，通过(013)晶面取向调控和界面声子散射优化，获得37 μW cm-1 K-2的超高功率因子。所构建的100对腿器件在26K温差下输出6.7 mW cm-2功率密度，成功驱动温湿度计和手表，为自供电可穿戴设备提供了革新性解决方案。

　　

随着可穿戴电子设备的快速发展，如何实现持续稳定的能源供应成为关键挑战。传统热电材料如Bi₂Te₃虽性能优异，但存在成本高、柔性差等问题；而现有Ag₂Se薄膜又面临电热输运参数耦合、机械强度不足等瓶颈。针对这些难题，中国科学院等机构的研究团队创新性地开发出兼具高性能与柔性的Ag₂Se-rGO复合薄膜，相关成果发表于《Nature Communications》。

研究采用高温辅助超声法合成Ag₂Se纳米线，通过真空过滤和热压工艺制备复合材料，结合霍尔效应测试、电子背散射衍射（EBSD）和透射电镜（TEM）进行表征。利用人体温差构建拱桥式器件，通过红外热成像和电性能测试评估实际应用效果。

Microstructure analysis
通过高温超声法获得直径100-120 nm的Se纳米线模板，在90℃下转化为具有表面突起的Ag₂Se纳米线。热压后薄膜呈现强(013)取向（EBSD证实），rGO的加入使晶粒尺寸增大至微米级但仍保持取向一致性。TEM显示29 nm厚rGO均匀分布在Ag₂Se晶界，SAED图谱证实[210]晶带轴对齐。

Thermoelectric properties
含0.02 wt% rGO的薄膜在300K时获得σ=1481 S cm^-1、S=-158 μV K^-1的优异性能，μ高达1500 cm² V^-1 s^-1。rGO界面产生的能量过滤效应使m*保持高位（0.39 m_e），同时κ_l降至0.09 W m^-1 K^-1，最终ZT值达1.28。弯曲1500次后电导率保持96.9%，E_def计算证实其优异柔韧性。

High-performance thermoelectric generator
14×14 cm²拱桥结构器件在ΔT=26K时输出408 mV电压，功率密度6.7 mW cm^-2。人体测试显示在8K温差下稳定产生120 mV电压，通过电容升压成功驱动3V电子设备。

该研究通过晶面工程和界面调控实现了Ag₂Se薄膜性能的突破，创纪录的ZT值和9.8 μW cm^-2 K^-2归一化功率密度为柔性热电器件树立了新标杆。提出的"纳米线-导电网络-柔性支架"三元结构设计策略，为下一代自供电可穿戴设备的发展提供了重要技术路径。特别值得注意的是，该工作将材料研发与器件设计紧密结合，通过仿生拱桥结构有效利用人体与环境温差，展示了从实验室研究到实际应用的完整创新链条。