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  隨著柔性和可穿戴電子產(chǎn)品的快速發(fā)展，發(fā)展高效環(huán)保的自供能解決方案將進(jìn)一步滿足其日益多樣化的需求。熱能作為一種廣泛存在的可持續(xù)能源尚未被有效利用和收集。其中，人體始終保持約 36 ?C 的表面溫度，其與外界環(huán)境的溫差將形成有效的熱能供給源。借助于具有溫度依賴性的氧化還原電對的熱電化學(xué)效應(yīng)（thermogalvanic effect），熱電化學(xué)電池 (TEC) 特別適用于將低品位熱直接轉(zhuǎn)化成電能以實(shí)現(xiàn)能量收集。傳統(tǒng)TEC 的液態(tài)電解質(zhì)存在漏液和復(fù)雜的封裝問題，相比之下，基于水凝膠體系的準(zhǔn)固態(tài) TEC將更有利于實(shí)現(xiàn)自供電、可穿戴柔性電子的應(yīng)用。

  鑒于此，澳門大學(xué)應(yīng)用物理及材料工程研究院孫國星助理教授、深圳大學(xué)材料學(xué)院陳光明特聘教授、劉卓鑫助理教授以及南昆士蘭大學(xué)陳志剛教授設(shè)計(jì)了一種由聚丙烯酰胺/酸化單壁碳納米管 (PAAm/a-SWCNT) 復(fù)合水凝膠和氯化錫 (IV)/錫(II) 氯化物 (Sn⁴⁺/Sn²⁺) 作為氧化還原對組裝而成的準(zhǔn)固態(tài) TEC，并基于其靈敏的應(yīng)變傳感和有效的溫差發(fā)電特性發(fā)展了自供能的應(yīng)變傳感體系，極大地?cái)U(kuò)展了準(zhǔn)固態(tài)TEC作為新型可自供能電源在柔性和可穿戴電子產(chǎn)品領(lǐng)域的適用性。相關(guān)工作以“A flexible quasi-solid-state thermoelectrochemical cell with high stretchability as an energy-autonomous strain sensor”為題于近期發(fā)表在《Materials Horizons》上。

文章亮點(diǎn)：

  1. 通過一種簡便的原位自由基聚合，并與氧化還原電對溶液進(jìn)行離子交換，制備了柔性復(fù)合水凝膠電解質(zhì)。通過復(fù)合酸化單壁碳納米管，賦予該水凝膠電解質(zhì)優(yōu)異的柔韌性和拉伸性能 (斷裂伸長率可達(dá)600%)，并實(shí)現(xiàn)靈敏的應(yīng)變傳感能力。

基于準(zhǔn)固態(tài)凝膠電解質(zhì)的TEC示意圖及復(fù)合水凝膠的形貌和結(jié)構(gòu)

優(yōu)異的力學(xué)拉伸特性

基于外部供電的應(yīng)變傳感特性

  2. 基于優(yōu)化的復(fù)合水凝膠電解質(zhì)制備的TEC具有高熱電化學(xué)塞貝克系數(shù)(1.59±0.07 mV K^-1)，并在一定的機(jī)械拉伸和變形下表現(xiàn)出穩(wěn)定的熱電化學(xué)性能。

優(yōu)異的熱-電轉(zhuǎn)換特性

熱電性能的力學(xué)穩(wěn)定性

  3. 結(jié)合其優(yōu)良的熱-電轉(zhuǎn)換特性和靈敏的應(yīng)變傳感能力，開發(fā)了一種基于柔性準(zhǔn)固態(tài)TEC的自供能應(yīng)變傳感系統(tǒng)，可實(shí)時(shí)、高靈敏度地檢測人體各種運(yùn)動(dòng)。

自供電應(yīng)變傳感特性

  該論文的第一作者為澳門大學(xué)應(yīng)用物理及材料工程研究院博士生梁麗榮，通訊作者為孫國星助理教授，共同通訊作者為深圳大學(xué)陳光明特聘教授、劉卓鑫助理教授以及澳大利亞昆士蘭大學(xué)陳志剛教授。相關(guān)研究得到了由澳門特別行政區(qū)科學(xué)技術(shù)發(fā)展基金（No. 0074/2018/A2）、澳門大學(xué)（No. MYRG2018-00164-IAPME）、廣東省高校優(yōu)秀青年創(chuàng)新人才項(xiàng)目（No. 2020KQNCX061）以及深圳市基礎(chǔ)研究項(xiàng)目（No. JCYJ202001091056040）的資助。

  文獻(xiàn)鏈接：https://doi.org/10.1039/D1MH00775K

  下載：A flexible quasi-solid-state thermoelectrochemical cell with high stretchability as an energy-autonomous strain sensor