宗毓東，李鴻冰，丁其軍，李 霞，韓文佳

(齊魯工業(yè)大學(山東省科學院)生物基材料與綠色造紙國家重點實驗室，山東 濟南 250353)

1 前 言

隨著全球工業(yè)化進程的加快，煤炭、石油、天然氣等化石燃料的開發(fā)與使用導致環(huán)境污染加劇、能源短缺問題日益嚴重，亟需尋求綠色清潔、高效、可持續(xù)的能源發(fā)電器件。太陽能、風能等可再生能源獲得快速發(fā)展，但因受到環(huán)境、時間等影響，存在收集效率低、穩(wěn)定性差等問題，從而嚴重限制其發(fā)展[1，2]。

熱電發(fā)電器件能將自然界中的廢熱轉(zhuǎn)化為電能，作為一種新型能源器件脫穎而出[3，4]。熱電發(fā)電器件能充分利用人體、工業(yè)過程等產(chǎn)生的廢熱，具有環(huán)境適應性強、無噪音、工作位置靈活、綠色環(huán)保等優(yōu)點，是緩解人類目前對化石燃料依賴的一條有效的途徑[5]。近年來熱電材料得到前所未有的發(fā)展，多種材料的熱電優(yōu)值(thermoelectric figure of merit，ZT)得到顯著提升[6-8]。然而，目前熱電發(fā)電器件及其應用技術(shù)明顯落后于熱電材料的發(fā)展，且離工業(yè)化具有很大的差距[9]。本文主要從宏觀角度綜述國內(nèi)外熱電發(fā)電器件的研究現(xiàn)狀，分別從熱電發(fā)電機(thermoelectric generators，TEGs)和熱電化學電池(thermoelectric chemical cells，TECs)這2個方面介紹其性能及應用領(lǐng)域，并進一步分析熱電發(fā)電技術(shù)面臨的挑戰(zhàn)和發(fā)展趨勢。

2 熱電效應及熱電器件相關(guān)原理

2.1 熱電效應

熱電效應簡而言之就是在熱電材料中實現(xiàn)電能與熱能相互轉(zhuǎn)換的一種物理現(xiàn)象。熱電效應包含賽貝克(Seebeck)效應、珀耳帖(Peltier)效應和湯姆遜(Thomson)效應，這3種效應相互關(guān)聯(lián)。

Seebeck效應是對2種不同導電材料組成的閉合回路的2個端結(jié)施加溫度梯度時，電路中會產(chǎn)生靜電勢(ΔV)的現(xiàn)象(如圖1a所示)。式中的Sab=Sa-Sb，表示導電材料a與b的Seebeck系數(shù)的絕對值之差，其單位一般為μV·K-1。TEGs和TECs利用Seebeck效應實現(xiàn)熱量到電能的轉(zhuǎn)化[10]。

圖1 熱電器件3種基本工作原理示意圖[10]：(a)Seebeck效應，(b)Peltier效應，(c)Thomson效應

Peltier效應本質(zhì)上是Seebeck效應的逆效應。如圖1b所示，Peltier效應是在A和B這2種不同導體連接的閉合回路中施加電流時，在接點處會產(chǎn)生吸熱/放熱的現(xiàn)象。式中的Q表示吸收或放出的熱量；比例系數(shù)ΠAB為Peltier系數(shù)。熱電器件利用Peltier效應可以實現(xiàn)制冷。

Thomson效應是在電流流過有溫度梯度的導體時，導體內(nèi)便會產(chǎn)生可逆的熱效應，出現(xiàn)吸熱或放熱以維持原有溫度梯度的現(xiàn)象(如圖1c)。式中β為Thomson系數(shù)。

2.2 熱電器件性能評價

熱電材料的效率以品質(zhì)因數(shù)ZT為特征[10]，其效率表達式為：

其中，σ是電導率(S·m-1)，S是塞貝克系數(shù)(μV·K-1)，κ是材料的導熱系數(shù)(W·m-1·K-1)和T是絕對溫度(K)。式中，σ·S2為功率因子(PF)，可以用來衡量材料熱電轉(zhuǎn)化效率的能力。

3 熱電發(fā)電器件的分類及研究現(xiàn)狀

3.1 熱電發(fā)電機

近年來，隨著熱電材料的快速發(fā)展，熱電發(fā)電器件的發(fā)展也明顯加快。TEGs利用Seebeck效應將廢熱轉(zhuǎn)化為電能，目前的研究主要包括無機半導體TEGs、有機TEGs和復合TEGs。

3.1.1 無機半導體熱電發(fā)電機

因方鈷礦、半赫斯勒合金、碲基材料、銅硒化合物、硒化錫等[11-15]無機半導體熱電材料具有較高的電導率與Seebeck系數(shù)，所以無機半導體TEGs一直是該領(lǐng)域的研究重點。如圖2a所示，Gao等[12]將方鈷礦與其他無機材料摻雜，獲得p型(La，Ba，Ga，Ti)1(Fe，Co)4Sb12和n型(Yb，Ca，Al，Ga，In)0.7(Co，F(xiàn)e)4Sb12熱電腿。由32對p/n元件制造的無機塊體TEGs，在550 K的溫差下，實現(xiàn)32 W的高功率輸出，轉(zhuǎn)換效率達8%。此外，Bartholome等[16]用Cu電極將半赫斯勒合金摻雜獲得的p型、n型熱電腿串聯(lián)到Al2O3基板上，獲得TEGs(如圖2b)。該TEGs在227 K溫差下，最大功率達到2.8 W。

圖2 無機半導體熱電發(fā)電機實物照片及性能示意圖：(a)方鈷礦熱電發(fā)電機(TEGs)的照片[12]，(b)Half-Heusler基TEGs的照片[16]，(c，d)Ag2Se/Ag/CuAgSe熱電裝置示意圖及其性能[18]

由于無機半導體材料固有的剛性和脆性問題，通常構(gòu)建具有較高轉(zhuǎn)換效率的塊狀TEGs。隨著人們對柔性化器件的需求不斷增加，科研工作者嘗試使用柔性基底支撐無機材料進而構(gòu)建柔性TEGs[17]。

Lu等[18]利用尼龍膜具有較好的柔韌性這一優(yōu)勢，制備了多孔尼龍膜支撐的n型Ag2Se/Ag/CuAgSe熱電復合膜，如圖2c所示。利用Au作為電極與6片復合膜進行組裝獲得柔性TEGs。如圖2d所示，該器件在45 K的溫差下，可以產(chǎn)生11.9 mV的開路電壓，5.42 W·m-2的功率密度，Seebeck系數(shù)為45.5 μV·K-1。

聚乙烯亞胺(polyvinylimide，PI)具有優(yōu)異的柔韌性和力學性能，在柔性器件中具有很好的應用前景。如圖3所示，Shang等[19]采用磁控濺射法在聚乙烯亞胺柔性基底上成功制備了p型Bi0.5Sb1.5Te3熱電薄膜。如圖3a所示，通過Ag作為電極將4個熱電腿串聯(lián)制備柔性TEGs。如圖3b所示，在60 K的溫差下TEGs產(chǎn)生31.2 mV電壓，1.4 mW·cm-2的功率密度，Seebeck系數(shù)達130 μV·K-1。這些工作證明了無機熱電材料在柔性/可穿戴基底上制造能量收集和管理設(shè)備的潛力。

圖3 Ag改性Bi0.5Sb1.5Te3薄膜濺射工藝示意圖(a)及性能(b)[19]

3.1.2 有機熱電發(fā)電機

目前使用的大多數(shù)熱電器件是基于無機半導體材料制成的，但無機材料除了剛性、脆性等問題外，還具有材料稀缺、價格昂貴和加工性差等缺陷[20]。而聚乙烯二氧噻吩：聚苯乙烯磺酸鹽(Poly3,4-ethylenedioxythiophene：polystyrene sulfonate，PEDOT：PSS)、碳納米管(carbon nanotube，CNT)、石墨烯等有機熱電材料具有柔性好、熱導率低、可大面積加工等優(yōu)點，使有機TEGs引起人們的關(guān)注。

2008年，Wusten等[21]報道了第一個有機熱電器件，他們利用絲網(wǎng)印刷技術(shù)將石墨/聚氯乙烯(polyvinyl chloride，PVC)制成p型熱電薄膜，四硫富瓦烯-四氰基對醌二甲烷(TTF-TCNQ)/PVC制成n型熱電薄膜。通過Au電極進行串聯(lián)，獲得Seebeck系數(shù)達120 μV·K-1的柔性TEGs(如圖4a)。

圖4 有機熱電發(fā)電機制備流程及性能示意圖：(a)二維排列的p-n結(jié)柔性有機TEGs的設(shè)計[21]，(b)GNP-SWNT復合膜和TEGs的制備步驟及性能表征[22]，(c)大面積石墨烯薄膜制備工藝及TEGs示意圖[23]，(d)PEDOT：PSS有機TEGs的制備步驟[24]

石墨烯作為一種原子級厚度的材料，具有高的載流子遷移率、良好的導電性和力學性能等優(yōu)勢。如圖4b所示，Kwon等[22]使用聚(偏二氟乙烯-六氟丙烯)(polyvinylidene fluoride-hexafluoropropylene，PVDF-HFP)共聚物作為粘合劑，石墨納米片和單壁碳納米管(single-walled carbon nanotubes，SWCNT)作為填料制備復合膜。后用Ag電極將10對復合膜串聯(lián)得到柔性TEGs，其Seebeck系數(shù)達400 μV·K-1。Feng等[23]基于準工業(yè)薄膜流延法制備了2.0 m×0.2 m大面積柔性獨立式石墨烯組裝薄膜。如圖4c可見，基于石墨烯熱電膜制備太陽能TEGs用以收集日光產(chǎn)生的溫度，實現(xiàn)最高1.87 mV的熱生成電壓。

此外，PEDOT：PSS因接近高效熱電器件所需的低熱導率(0.2 W·m-1·K-1左右)，也陸續(xù)被應用到熱電領(lǐng)域。如圖4d所示，Bubnova等[24]使用PEDOT作為p型腿，TTF-TCNQ作為n型腿，通過Au將54個熱電偶串聯(lián)制備得到柔性TEGs。其在10 K溫差下獲得的輸出功率為0.128 μW。

3.1.3 復合材料熱電發(fā)電機

有機熱電材料能夠解決無機熱電材料剛性、高成本等問題，但有機材料的低質(zhì)量、電子易無效轉(zhuǎn)移等缺陷使有機TEGs熱電效率遠低于無機TEGs[25]?；跓o機、有機材料的優(yōu)劣勢，將有機熱電材料與無機熱電材料進行復合是提高TEGs熱電效率的有效途徑。如圖5a所示，Li等[26]采用Sb2Te3復合納米線作為n型腿，Te-PEDOT：PSS作為p型腿制備了柔性TE薄膜器件。由6對熱電腿串聯(lián)獲得的TEGs在60 K溫差下顯示出56 mV的穩(wěn)定輸出電壓和32 μW·cm-2的輸出功率密度。與商用Bi2Te3的TEGs相比，該薄膜器件不僅節(jié)省了成本，并且其功率密度僅比商用Bi2Te3低20%。Karalis等[25]基于水的可伸縮合成Te納米線的方法，結(jié)合PEDOT：PSS制備混合熱電油墨，通過連續(xù)和可擴展的打印技術(shù)制備大規(guī)模高性能的柔性TEGs(如圖5b)。該TEGs在100 K溫差下，電壓達到70 mV，功率達到4.5 μW。

圖5 有機/無機復合材料熱電發(fā)電機制備流程及性能示意圖：(a)Te-PEDOT：PSS TEGs制作示意圖[26]，(b)Te-PEDOT：PSS TEGs的工藝流程及TEGs熱電性能[25]，(c)柔性Te-PANI薄膜的合成過程示意圖[27]，(d)PVDF/Ta4SiTe4基復合TEGs的制備流程及熱電性能[28]

Wang等[27]將Te納米棒與導電聚苯胺(polyaniline，PANI)通過絲網(wǎng)印刷工藝形成Te/PANI雜化膜平面內(nèi)發(fā)電裝置(如圖5c)。10對PANI/Te-Ag熱電腿串聯(lián)，在40 K溫差下最大輸出電壓和輸出功率分別達到29.9 mV和0.73 μW。

Ta4SiTe4晶須具有大的Seebeck系數(shù)和高功率因數(shù)，容易形成導電網(wǎng)絡(luò)而受到關(guān)注。如圖5d所示，Xu等[28]使用濕化學法制備PVDF/Ta4SiTe4有機無機復合材料。由PVDF/Ta4SiTe4復合材料制成的柔性TEGs，在35.5 K溫差下，最大輸出功率為1.68 μW。與傳統(tǒng)的無機TEGs相比，該模塊還具有質(zhì)量輕、制造成本低等優(yōu)點。這些工作充分證明通過有機-無機復合制備TEGs是未來發(fā)展TEGs的一個有前景的方向。

3.2 熱電化學電池

目前，固態(tài)TEGs的熱電能量轉(zhuǎn)換技術(shù)受到高的生產(chǎn)成本、稀有材料等的限制[29]。此外，TEGs發(fā)電技術(shù)存在長期安全可靠性不足的缺陷[30]。熱電化學電池(TECs)由于設(shè)計簡單、高熱-電壓轉(zhuǎn)換效率、低熱電轉(zhuǎn)換成本、長期可靠性等優(yōu)勢，成為TEGs有吸引力的替代方案[31，32]。TECs主要包括液態(tài)熱電電池和凝膠熱電電池2種。

3.2.1 液態(tài)熱電電池

液態(tài)TECs的熱電轉(zhuǎn)換效率(Seebeck系數(shù)大于1 mV·K-1)比TEGs高一個數(shù)量級(Seebeck系數(shù)約為100～200 μV·K-1)[9，33]，并且卡諾效率也得到巨大的提升，為熱電轉(zhuǎn)換技術(shù)提供了一種替代的、可擴展的途徑。而液態(tài)TECs的熱電轉(zhuǎn)換效率主要受到電解質(zhì)和電極這2方面的影響。

熱電電池主要通過提高氧化還原對的熵差來提高熱電轉(zhuǎn)換效率，其中研究的比較多的是[Fe(CN)6]3-/[Fe(CN)6]4-]氧化還原對。Yu等[9]在0.4 mol/L的[Fe(CN)6]3-/[Fe(CN)6]4-]水性電解質(zhì)中引入胍鹽陽離子(Gdm+)選擇性誘導Fe(CN)64-結(jié)晶，如圖6a所示。熱敏結(jié)晶和溶解過程來誘導氧化還原離子的持續(xù)濃度梯度、高度增強的塞貝克系數(shù)(-3.73 mV·K-1)。

圖6 液態(tài)熱電電池發(fā)電原理及性能示意圖：(a)K3/4Fe(CN)6電解質(zhì)液態(tài)熱電化學電池(TECs)及熱電性能[9]，(b)CoII/CoIII電解質(zhì)液態(tài)TECs原理及裝置[34]

而基于CoII/CoIII、I-/I3-等氧化還原對的電解質(zhì)的研究也逐漸開始。例如，Salazar等[34]在CoII(bpy)3(NTf2)2/CoIII(bpy)3(NTf2)3氧化還原對中添加多壁納米管(multi-walled carbon nanotubes，MWCNTs)，制備了基于離子液體的電解液。在CoII/CoIII氧化還原對中添加MWCNTs能夠降低電解液的傳質(zhì)阻力，提高其導電性。TECs的發(fā)電量提高了1.3倍，Seebeck系數(shù)為1.2 mV·K-1(圖6b)。

除此之外，有理論推測使用具有明顯雙電層的帶電納米通道能增強熱生成電壓的產(chǎn)生[35]。Li等[36]將NaOH-PEO電解質(zhì)滲透到氧化的纖維素膜中，并與Pt電極封裝后制備液態(tài)TECs(圖7a)。纖維素膜因具有選擇性浸漬Na+并排斥OH-的能力，可以增強溫度梯度下的離子選擇性擴散。在施加軸向溫度梯度后，離子導體顯示出24 mV·K-1的高差熱電壓(類似于Seebeck系數(shù))，是迄今為止報道的最高值的2倍多[36]。

圖7 液態(tài)熱電電池的作用機理及實物：(a)納米纖維組成的離子導體作用機理及TECs結(jié)構(gòu)示意圖[36]，(b)多壁納米管(MWCNTs)電極液態(tài)TECs結(jié)構(gòu)示意圖及性能[37]

因為電極提供了電化學可及的表面區(qū)域并產(chǎn)生氧化還原電子的轉(zhuǎn)移，會顯著影響TECs的熱電轉(zhuǎn)換效率。Hu等[37]利用MWCNT巴基紙作為電極與Fe(CN)63-/4-氧化還原對構(gòu)建了液態(tài)TECs，如圖7b所示。由于MWCNTs的大表面積，MWCNTs電極與電解質(zhì)之間產(chǎn)生快速電子轉(zhuǎn)移，使電流得到明顯的提升。在45 K的溫差下，TECs的輸出電壓為51.2 mV，電流密度穩(wěn)定在30.4 A·m-2左右，卡諾效率達到1.4%。

3.2.2 凝膠熱電電池

液態(tài)TECs的水性電解質(zhì)存在容易泄露、熱電單元難以大規(guī)模集成以及不具備柔性的挑戰(zhàn)[38，39]。受到凝膠電解質(zhì)在固態(tài)電化學能量存儲系統(tǒng)中的成功應用的啟發(fā)，解決液態(tài)TECs電解質(zhì)泄漏以及剛性等問題的有效策略是使電解質(zhì)凝膠化。例如，Yang等[38]嘗試制備聚乙烯醇(polyvinyl alcohol，PVA)/FeCl3/FeCl2復合的p型凝膠電解質(zhì)和PVA/K3Fe(CN)6/K4Fe(CN)6復合的n型凝膠電解質(zhì)。并利用Au/Cr作為電極將它們串聯(lián)，獲得凝膠TECs。用該凝膠TECs收集人體產(chǎn)生的熱量，在27 ℃的溫差下，產(chǎn)生約0.7 V的輸出電壓和約2 mA的短路電流，最大輸出功率達0.3 μW(圖8a)。

圖8 水凝膠熱電電池的作用機理及性能：(a)p型/n型凝膠TECs及其熱電性能[38]，(b)纖維素基柔性凝膠TECs及其熱電性能[40]

由于纖維素聚合物網(wǎng)絡(luò)具有優(yōu)異的柔韌性和足夠的機械支撐作用，如圖8b所示，Jin等[40]在纖維素基質(zhì)中引入K3Fe(CN)6/K4Fe(CN)6氧化還原對，獲得無泄漏的柔性凝膠電解質(zhì)，以鎳箔電極串聯(lián)獲得的TECs(Seebeck系數(shù)約為1.4 mV·K-1)。

有機明膠具有低成本、高生物相容性、優(yōu)異的力學性能和靈活性等優(yōu)勢，有望作為能量載體進行熱電轉(zhuǎn)換。如圖9a所示，Han等[33]以明膠基質(zhì)作為熱電材料，結(jié)合Fe(CN)64-/Fe(CN)63-氧化還原對和KCl制備柔性凝膠電解質(zhì)。然后利用Cu作為電極將25個熱電單元串聯(lián)得到凝膠TECs，利用人體的熱量產(chǎn)生超過2 V的電壓和5 μW的峰值功率。

圖9 水凝膠熱電電池的作用機理及性能：(a)明膠基凝膠電解質(zhì)及其TECs的性能[33]，(b)雙網(wǎng)絡(luò)凝膠電解質(zhì)作用機理及TECs性能[3]

Lei等[3]將丙烯酰胺(acrylamide，AM)和2-丙烯酰胺-2-甲基丙烷磺酸交聯(lián)，制備了具有高韌性的雙網(wǎng)絡(luò)水凝膠。在凝膠電解質(zhì)中引入Fe(CN)64-/Fe(CN)63-氧化還原對，獲得的超高功率密度(0.61 mW·m-2·K-2)的凝膠TECs。這些驗證裝置證明了凝膠TECs有希望在柔性可穿戴式傳感中得到應用(圖9b)。

4 熱電發(fā)電器件的應用

熱電發(fā)電器件能充分利用自然界中的廢熱而無需外加電源發(fā)電，因而具有很好的發(fā)展?jié)摿?。隨著熱電發(fā)電器件性能的提高，國內(nèi)外的研究多集中在電化學儲能和柔性自供電傳感等高端領(lǐng)域。相信隨著研究的不斷深入，熱電發(fā)電器件的應用領(lǐng)域會越來越廣泛。

4.1 熱電發(fā)電器件在儲能方面的應用

為采集自然界廢熱而設(shè)計的熱電發(fā)電器件為消除手動充電設(shè)備和減少電池浪費提供了有效途徑。利用不斷發(fā)出的熱量能夠為其他設(shè)備提供恒定的電源，達到儲能的目的。如圖10a所示，Liu等[41]將n型凝膠電解質(zhì)PVA-FeCl2/3集成到PEDOT：PSS電極中，將p型凝膠電解質(zhì)CMC-K3/4Fe(CN)6集成到3D PEDOT：PSS邊緣功能化石墨烯/碳納米管(PEDOT：PSS-EFG/CNF)電極中制備凝膠TECs。將18對p-n電池有效串聯(lián)，組合后通過采集人體熱量(ΔT=10 K)可以產(chǎn)生高能量輸出(高達38.3 W)，不僅能夠為介電電容器(C=10 mF)充電，還能為電化學超級電容器(C=470 mF)充電，并點亮綠色發(fā)光二極管。

Wang等[42]在含水Fe2+/Fe3+氧化還原電解質(zhì)中使用氧化石墨烯/鉑納米粒子作為陰極、聚苯胺作為陽極，制備了直接熱充電電池(direct thermal charging cell，DTCC)，如圖10b所示。該電池能夠在344 K下將商用超級電容器充電至0.15 V。將6個TECs串聯(lián)堆疊并在344 K下可觸發(fā)電致變色智能窗(2 V，1 A)的相變(從透明到黑暗)。

Yu等[9]以Fe(CN)62+/3+為氧化還原對，將20個單元串聯(lián)形成熱敏結(jié)晶的液態(tài)TECs。該TECs在50 K的溫差下，產(chǎn)生的最大輸出電壓為96 mW。TECs實現(xiàn)了相當大的功率輸出，可以直接驅(qū)動小電風扇、LED陣列、熱比重計(如圖11a～11c)等各種電子設(shè)備。此外，該模塊與無源升壓器集成，也可以實現(xiàn)為智能手機充電(圖11d)。這一結(jié)果使熱電發(fā)電器件在實際中的應用成為可能。

圖11 TECs熱電性能及應用[9]

4.2 熱電發(fā)電器件在傳感方面的應用

柔性可穿戴物理傳感器和個性化醫(yī)療傳感是熱電發(fā)電器件的重要應用方向之一。其常用于健康、醫(yī)療等可穿戴領(lǐng)域，如人體檢測運動等[43]。如Jia等[44]通過氣相聚合法在織物表面成功制造了具有優(yōu)異耐水性的柔性PEDOT涂層TEGs。在25 K的溫度梯度下產(chǎn)生5.0 mV的輸出電壓。如圖12a所示，該TEGs作為可穿戴式身體運動監(jiān)測傳感器可以組裝在服裝的膝蓋上以檢測膝蓋運動，以實現(xiàn)實時監(jiān)測膝關(guān)節(jié)的物理狀態(tài)。

圖12 可穿戴熱電器件在傳感方面的應用展示圖：(a)穿戴式TEGs身體運動監(jiān)測傳感器[44]；(b，c)N95呼吸器TEGs呼吸頻率監(jiān)測[45]

Wang等[46]將Bi2Te3基p型和n型熱電腿通過焊接串聯(lián)。以具有特殊孔的柔性印刷電路板作為襯底，制備可穿戴的柔性TEGs。該TEGs在50 K溫差下，可以產(chǎn)生37.2 mV的開路電壓。將TEGs戴在人的手腕上，可以實現(xiàn)為三軸小型化加速度計供電。如圖13所示，佩戴者在不同的行走和跳躍條件下，加速度計可以響應加速計的速率和強度，可以用來識別和監(jiān)控身體運動狀態(tài)。

圖13 可穿戴熱電器件運動監(jiān)測：(a)腕帶式TEGs照片；行走(b)，跳躍(c)為加速計提供動力展示圖[46]

除了檢測人體運動外，熱電發(fā)電器件也可用于醫(yī)療健康領(lǐng)域，例如檢測人的呼吸、心跳、體溫等，進而作為評估人的健康狀況的一種方式。如圖12b所示，Xue等[45]將PVDF薄膜集成在N95呼吸器中來設(shè)計和制造可穿戴的TEGs，用于收集人體呼吸能量。人體在5 ℃環(huán)境溫度下正常呼吸引起的溫度波動，可以使TEGs產(chǎn)生42 V的開路電壓和2.5 μA的短路電流。此外，TECs還可以根據(jù)輸出的電信號記錄人的呼吸頻率，進而用以評估人類身心健康(如圖12c)。顯而易見，輕便舒適的呼吸傳感器能夠及時、準確地發(fā)出人體異常呼吸的警示信息，對老年人和潛在疾病風險的人的戶外健康監(jiān)測具有重要潛力。

Bai等[47]在PVA-FeCl2/3凝膠電解質(zhì)中引入PVDF隔膜，獲得具有優(yōu)異的柔韌性和優(yōu)越溫度響應性的凝膠TECs。通過將其貼附在前額上，建立了能夠及時檢測人體體溫的自供電體溫監(jiān)測系統(tǒng)。這項工作展示了一種新的獲取人體熱量的途徑，并提出了一種基于創(chuàng)新的可穿戴醫(yī)療概念的自供電電子設(shè)備。

5 結(jié) 語

本文主要總結(jié)了熱電發(fā)電器件的研究進展，對不同熱電發(fā)電器件的性質(zhì)以及相關(guān)應用等方面進行了詳細闡述。熱電發(fā)電器件因能夠?qū)⒆匀唤绲膹U熱轉(zhuǎn)化為電能，實現(xiàn)惡劣環(huán)境下的供電而受到廣泛的期待和關(guān)注。但是，熱電發(fā)電器件的性能受熱電材料性能影響很大，且熱電發(fā)電技術(shù)的發(fā)展明顯落后于熱電材料的發(fā)展，不能滿足當前對高效率、柔性化的熱電發(fā)電器件的實際應用。重視熱電材料科學的基礎(chǔ)上，提高熱電轉(zhuǎn)換技術(shù)的功率密度、轉(zhuǎn)換效率，充分發(fā)揮熱電發(fā)電器件靈活性、長效性的優(yōu)勢，是提高熱電發(fā)電技術(shù)的重點。總之，熱電發(fā)電器件是未來發(fā)電技術(shù)的重點方向，不斷提高其性能進而實現(xiàn)大規(guī)模集成方面的應用，相關(guān)研究具有很大的潛力。