研 究 背 景

智能可穿戴设备在生理监测、人机交互、运动防护领域应用需求持续激增，但现有柔性电子器件普遍存在供电依赖外接电源、功能单一、穿戴舒适性差、缺少电磁防护等短板，难以满足长期、多场景实用需求。热电织物可捕获人体与环境温差实现无源自发电，是突破供电瓶颈的理想材料。

现阶段热电织物研究多聚焦单一热电转换或传感性能，普遍忽略电磁屏蔽防护功能；同时材料循环稳定性、回弹响应速度、透气耐水洗等穿戴关键性能难以兼顾，限制其在母婴监护、特殊人群应急通信等场景落地。如何一体化集成热电发电、双参数传感、电磁屏蔽多重功能，同时兼顾服装级舒适与耐用性，成为该领域亟待解决的关键难题。

研 究 亮 点

1.层层自组装构建复合导电网络，界面能量过滤效应打破热电性能制衡关系

以棉氨弹性织物为基底，通过PEI阳离子改性、GO/PEDOT:PSS导电相与QCS交替静电沉积、温和还原制备多层热电织物。rGO与PEDOT:PSS间强π-π共轭搭建高速载流子传输通道，两相能级差产生能量过滤效应，优先输运高能载流子，解决传统热电材料电导率与塞贝克系数相互制约的痛点。最优三层结构400 K下功率因子1.18 μW・m^-1・K^-2，50 K温差下最大输出功率可达10.672 nW。

2.温度/压力双模式自供电传感，多项响应与稳定性能刷新行业标杆

织物集成互不干扰的温度、压力双传感体系：温度传感最低分辨温差0.1 K，响应时间216 ms，10000次冷热循环信号稳定；压力传感回弹速度低至14 ms，20000次压缩循环输出无衰减，综合性能优于绝大多数已报道柔性传感材料。

3.超薄高屏蔽复合面料，双向电磁防护适配母婴低辐射穿戴场景

三层功能织物整体厚度仅0.625 mm，X波段平均电磁屏蔽效能50.82 dB，可双向阻隔外部电磁辐射与设备内部电磁泄漏。多层堆叠导电结构产生多重电磁波反射损耗，面料无重金属填料、轻薄柔软，可用于孕妇防护服饰、智能手表磁吸充电配套屏蔽面料等低辐射防护场景。

4.多场景无源穿戴系统落地，覆盖健康监护、应急求救、无障碍交互

依托织物多功能特性搭建全套无源监测设备：自研呼吸传感面罩可精准区分常态呼吸、深呼吸、憋气、咳嗽、大笑等状态，实现睡眠呼吸暂停预警；织物贴附手腕、膝盖、颈部、肘部，实时捕捉行走、慢跑、跌倒等运动信号。同步开发孕产妇专属无创监测方案，织物集成于衣物、鞋垫可实时捕捉微弱胎动，同时隔绝电子设备辐射；配套自供能纺织键盘可按压输出英文词汇，摩斯码编码系统支持远距离文字传输，适用于失语人群日常沟通、户外应急救援。

成 果 介 绍

采用层层自组装策略制备rGO/PEDOT:PSS复合热电织物，依托界面能量过滤效应同步优化热电输出与双模式传感性能，同时赋予织物优异电磁屏蔽能力，构建多场景无源智能穿戴整套应用体系。

最优三层结构热电织物综合性能领先同类材料：可实现0.1 K高精度温度识别，压力回弹速度仅14 ms，分别耐受10000次温差循环、20000次压缩循环无性能衰减；织物厚度仅0.625 mm，X波段电磁屏蔽效能达50.82 dB，兼具优良透气性、力学强度与耐水洗特性。基于该织物开发呼吸监测面罩、人体运动监测组件、孕产妇无创监护装备、无障碍交互键盘等多款原型器件，覆盖健康监测、应急求救、特殊人群辅助交互等多元场景。

图 文 解 析

图1 多功能热电织物制备流程、应用场景与性能对标总览图

图1完整展示了多功能热电织物的制备流程、作用机理、实际穿戴场景与综合性能对比，图1A直观呈现以棉氨织物为基底，经PEI改性、GP与QCS交替静电自组装、抗坏血酸还原得到rGO/PEDOT:PSS 复合织物的全过程，同时示意该织物兼具电磁屏蔽、透气特性，可应用于孕产妇防护、运动跌倒监测、呼吸监测等多类无源健康监测场景；图1B雷达图从电磁屏蔽、温压循环稳定性、传感分辨率、回弹速度、透气性六个维度对比证明本材料综合性能均衡优异，图1C、1D散点图分别将本工作温、压传感的识别精度、响应速度与循环耐久性能和近年同类研究横向对标，清晰凸显该织物在传感精度、响应速率与长效稳定性上的显著领先优势。

图2  柔性热电织物的温差响应及呼吸监测功能

图2系统阐释该热电织物的热电机理、发电性能、耐久特性与呼吸监测应用：图2A揭示rGO与PEDOT:PSS界面形成能量过滤，通过筛选高能载流子优化热电输出；图2B、2C、2D依次验证织物可分辨低至0.1 K微小温差，输出电压随温差梯度提升，冷热双向温差均可产生稳定正负热电信号；图2E证明材料经10000次长期冷热循环后电压信号无衰减，具备超长使用寿命；图2F实物照片展示织物可制备30 cm大尺寸，柔软可弯折，满足纺织穿戴需求；图2G、2H验证该织物制成呼吸面罩后，能够输出差异化电信号，精准区分平稳呼吸、深呼吸、憋气、大笑、咳嗽、唱歌等多种呼吸状态，实现无创呼吸健康监测。

图3 系统展示热电织物的压阻传感机理、压力传感综合性能与人机交互应用

图3A阐明受压致密化增加导电通路的压阻工作原理；图3B、3C证实材料可分辨多级压力，拥有27 ms响应、14 ms超快回弹速度；图3D通过20000次超长循环测试验证其优异耐久稳定性；图3E-3G将织物贴附颈、腕、膝关节，可采集特征电信号识别人体各类肢体运动；图3H-3J展示传感单元封装结构，并实现摩斯码文字编码输出，验证其无障碍人机交互、应急通信的实用价值。

图4 系统表征rGO/PEDOT:PSS织物的电磁屏蔽性能、作用机制与应用价值

图4A、4B柱状图证实层层自组装可显著提升屏蔽能力，三层热电样品总屏蔽效能最优；图4C-4E全X波段曲线证明材料具备宽频稳定屏蔽效果，屏蔽性能差异主要由电磁波吸收损耗决定；4F功率系数曲线表明织物遵循“反射为主、吸收为辅”的屏蔽机制；图4G文献对标图凸显本材料超薄、高屏蔽的综合优势；图4H示意图直观解释多层导电网络对电磁波的反射、吸收损耗机理，并展示其用于人体穿戴阻隔电子设备辐射的母婴防护应用场景。

图5 多功能热电织物面向孕产妇的全套健康监测应用

图5A汇总呼吸面罩、胎动贴片、传感鞋垫三类穿戴器件，实现呼吸、胎动、步态一体化监测，同时面料可隔绝电子设备电磁辐射；图5B、5C通过机理示意图与实物对照实验，直观证实织物优异的电磁屏蔽阻隔能力；图5D、5E同步采集压阻电阻信号与热电电压信号，可精准区分慢跑、站立、行走等日常动作，在人体跌倒时可发出特征突变信号及SOS摩斯密码预警，验证材料面向孕期人群健康监护、应急求救的实用价值。

研 究 小 结

该研究突破传统柔性热电器件功能单一、舒适性差、电磁防护缺失的短板，将热电能量采集、温压多物理传感、电磁干扰屏蔽三大功能集成于单一纺织基底，同步实现超高循环稳定性、超快响应速度与服装级穿戴舒适度。面向母婴健康、运动监测、特殊人群辅助通信、户外应急防护等刚需场景提供低成本、可规模化制备的一体化纺织解决方案，推动柔性热电材料从实验室原型走向生活化智能纺织品，为碳中和背景下人体废热收集与无源健康监测装备发展开辟新范式。

作者简介

第一作者吴佳：江南大学纺织化学与染整工程硕士研究生，主要研究方向为柔性热电织物、自供电可穿戴传感材料，聚焦人体热能收集与生理监测一体化纺织器件开发。

通讯作者周曼副教授（王强教授团队），江南大学副教授，东华大学纺织化学与染整工程专业博士。主持国家自然科学基金青年项目1项、国家重点研发计划子课题1项、中国博士后科学基金面上项目1项及校企合作横向项目多项。以第一作者（共同一作）及共同通讯在Carbon Energy、Chemical Engineering Journal、Journal of Materials Chemistry A等国际高水平权威期刊20余篇。

通讯作者崔一帆，塔里木大学副教授，江南大学纺织科学与工程专业博士。近年来主持天池英才-青年博士人才项目、塔里木大学校长基金胡杨英才科研启动金项目等科研项目。以第一作者（共同一作）及共同通讯在Carbon Energy、Advanced Fiber Materials、Journal of Materials Science & Technology等国际高水平权威期刊发表SCI论文10余篇。

通讯作者何昕阳（张伟教授团队），南通大学校聘副教授，东华大学纺织工程专业博士。入选首批“中国科协青年人才托举工程博士生专项计划”。以第一作者（共同一作）及共同通讯在Nature Communications（2篇）, Carbon Energy（2篇）, Advanced Functional Materials等国际高水平权威期刊发表论文20余篇。

团队交叉融合纺织工程、材料化学、柔性电子多学科，深耕智能纺织与人体能源收集领域。

关于“Carbon Energy”

Carbon Energy（《碳能源（英文）》）由温州大学和Wiley携手创办，聚焦清洁能源、光电催化、新型碳制造、碳减排等领域，旨在成为国内外优秀科研成果展示的高端平台、国家重大科研战略的助推器和广大科研工作者喜爱阅读的科研工具，立志成为未来“碳时代”高影响力的学术旗舰期刊。期刊创刊主编为丽水学院校长、温州大学原副校长王舜教授。

Carbon Energy 2018年创刊，2019年入选中国科技期刊卓越行动计划“高起点新刊”，2020年获批国内统一连续出版物号，连续五年入选科技期刊世界影响力指数（WJCI）报告，连续四年入选“中国最具国际影响力学术期刊”和中国科学院材料科学1区Top期刊，连续三年入选“北京国际图书博览会中国精品期刊展”，相继被DOAJ、CAS、ESCI、Scopus、SCIE、INSPEC、CSCD、OAJ、中国科技核心期刊目录等收录，2024年入选中国高校科技期刊建设示范案例库杰出科技期刊入库案例和中国科技期刊卓越行动计划二期英文梯队期刊项目。2025年影响因子为21.4，在能源与燃料、纳米科技、物理化学三大领域位列全球期刊前九，材料科学（多学科）领域472本期刊中，位列19。在此基础上，孵化《碳中和（英文）》和《碳创新（英文）》子刊。

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