热电技术的发展目标，正在从单纯追求材料本征性能，转向面向真实应用环境的系统设计。除提高热电性能外，器件的界面稳定性、热管理能力、机械适应性和长期输出可靠性同样决定着技术能否实现应用。近期，东华大学江莞、王连军课题组与莫斯科国立大学合作者在AMR发表述评文章“Thermoelectric Performance Optimization toward Practical and Wearable Applications”，围绕传统热电器件的稳定输出和可穿戴热电系统的构筑，系统开展了热电材料、界面工程、器件结构和纺织集成方面的研究。

关键词：热电材料；热电器件；界面工程；器件可靠性；可穿戴热电

热电技术的关键，不只是获得高性能材料，更是将高性能材料转化为真实环境下稳定、可靠的系统输出。

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文章内容简介

热电技术能够实现热能与电能之间的直接转换，在工业余热回收、低品位热能利用和可穿戴能源系统等领域具有重要应用价值。长期以来，热电研究主要围绕提高无量纲热电优值 zT 展开。然而，在实际器件中，界面扩散、接触电阻、热机械失配以及长期服役过程中的结构演化，往往会导致器件输出明显低于材料性能所预期的水平。本文总结了课题组在热电材料、器件及可穿戴热电系统方面的研究工作。在材料层面，通过碳材料复合、元素掺杂和梯度微结构调控，实现了载流子输运、声子散射、相稳定性和力学性能的综合优化。在器件层面，通过扩散阻挡层、界面反应调控、原子尺度界面设计和模块结构优化，提高了器件的接触稳定性、转换效率和长期可靠性。

针对可穿戴应用中温差小、热流方向复杂、热环境动态变化等特点，课题组进一步发展了柔性电子热电材料、离子热电材料、热电纤维和三维热电纺织结构，探索热能捕获、温度监测和形变感知等功能的一体化实现。

文章强调，热电技术的应用化发展需要从单一材料性能优化，进一步转向材料、界面、器件结构、热管理和制造工艺的协同设计。

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AMR：您选择该领域的初心是？

作者团队：

       热电材料能够直接利用温差进行能量转换，无需机械传动部件。我们关注这一领域，一方面是因为工业生产和日常生活中存在大量尚未得到有效利用的低品位热能；另一方面，热电材料涉及材料科学、凝聚态物理、器件工程和能源技术等多个方向，基础研究问题与实际应用需求联系紧密。

       可穿戴电子的发展进一步拓展了热电技术的应用边界。人体热量虽然温差较小，但具有持续存在和分布广泛的特点。如何通过材料、器件和热管理设计，提高微小温差下的有效热能利用率，是一个具有重要研究价值的问题。

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AMR：您对这个领域的发展有何愿景？

作者团队：

       热电技术的发展需要关注材料性能如何转化为实际系统输出。未来应建立更加接近实际服役条件的评价体系，特别是针对低品位热能和可穿戴热电系统，综合考察有效温差利用率、长期循环稳定性、环境适应性、可洗涤性和规模化制造能力。评价方法与实际使用条件相衔接，才能为材料和器件设计提供更有针对性的依据。对于可穿戴热电系统，我们希望其能够从单一的能量采集器件，逐步发展为兼具能量采集、温度监测、形变感知和热管理功能的综合系统，并在真实人体环境下保持稳定工作。

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AMR：您认为该领域当前最值得关注的研究热点是？

作者团队：

目前最值得关注的问题，是材料本征性能与器件实际输出之间的差距。许多热电材料在实验室条件下具有较高的zT，但在器件中仍会受到接触电阻、界面反应、热应力和热流旁路等因素的限制。

对于可穿戴热电系统，还需要重点研究人体—器件界面的热阻、环境侧散热、织物结构对热流的影响，以及运动状态下温差和接触条件的动态变化。建立统一、合理且具有应用相关性的测试和评价方法，将有助于不同研究结果之间进行有效比较，也有利于推动该领域从材料研究进一步走向器件和系统应用。

作者团队简介

江莞教授，东华大学教授、博士生导师，主要从事热电材料与器件、结构陶瓷及陶瓷基复合材料等研究。在 Nat. Mater.、Nat. Commun.、Sci. Adv.、Adv. Mater.、Adv. Energy Mater.、Adv. Funct. Mater. 和 Energy Environ. Sci. 等期刊发表科研论文150余篇，申请国内外发明专利40余项，主持和参与编写学术著书2部。

王连军教授，东华大学教授、博士生导师，先进玻璃制造技术教育部工程研究中心主任。主要从事热电材料与器件、光学功能玻璃与陶瓷研究。在 Nat. Mater.、Nat. Sci. Rev.、Sci. Adv.、Nat. Commun.、Adv. Mater.、Adv. Energy Mater. 和 Energy Environ. Sci. 等期刊发表科研论文120余篇，获授权发明专利20件，起草制定发布国家标准2项。

孙婷婷博士，东华大学青年研究员、硕士生导师，主要从事智能穿戴用热电材料及器件研究。以第一/通讯作者身份在Nat. Commun.、Mater. Today、Adv. Funct. Mater.、Chem. Soc. Rev.等期刊发表SCI论文21 篇，两篇入选ESI 高被引和亮点文章，单篇被引360次，撰写英文学术专著一章，授权发明专利4项。

扫码阅读江莞、王连军课题组与合作者的精彩Account文章：

Thermoelectric Performance Optimization toward Practical and Wearable Applications

Menghan Shang; Tingting Sun* ; Vladimir G. Kytin; Vladimir A. Kulbachinskii; Lianjun Wang*; Wan Jiang*

原文链接：

https://pubs.acs.org/amrcda/article-abstract/doi/10.1021/accountsmr.6c00183/5437586

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