近年來柔性可穿戴器件獲得了迅猛發展，被廣泛應用於智能服裝、醫療保健監測等方面。其中，熱電材料能夠將人體的熱能轉化為電能，是製造可穿戴式自供電電子產品的一種極具吸引力的能源獲取技術。
有機熱電材料比無機材料（如鉍基合金）更具優勢，因為有機材料的基礎元素豐富、重量輕、易於加工且無毒。在有機熱電材料中，導電聚合物聚(3，4-二氧乙基噻吩)（PEDOT）被認為是最有發展前景的聚合物，因為它具有（i）高電導率（σdc > 1000 S·cm−1），可以通過摻雜調節聚合物形態，（ii）相對較高的塞貝克係數（S ≈ 10−50 μV·K−1）和（iii）由於弱晶格振動而導致的低熱導率（κ < 1 W·m−1·K−1），這些使PEDOT薄膜的ZT值高達0.429。此外，PEDOT與聚苯乙烯磺酸(PSS)水溶液可通過印刷技術製造熱電器件，降低了器件的加工成本。
然而，PEDOT：PSS的楊氏模量約為500 MPa，最大拉伸應變約為5%，相對於人體運動20-80%的應變來講，又硬又脆的性質使PEDOT：PSS的應用受到了一定限制。許多研究組在提高材料ZT的同時，也在提高PEDOT：PSS的固有延展性方面做出了重大努力。
近日，瑞典林雪平大學Xavier Crispin教授和Klas Tybrandt教授課題組報道了一種通過溶液共混的方法獲得具有
高導電率（σdc > 140 S·cm−1）和高伸長倍數的（> 600%）PEDOT：PSS-IL-WPU複合材料的方法，相關的製備過程如圖1所示。相關性能表徵如圖2、圖3所示。 圖1 材料製備方法與拉伸性能展示
圖2 材料機械性能、電學性能和熱電性能表徵
圖3 性能的應變依賴性
在彈性PEDOT：PSS-WPU複合材料中引入離子液體對複合材料的電學性能和力學性能都有很大的影響，與沒有IL的PEDOT：PSS-WPU複合材料相比，含有IL的複合材料的斷裂伸長率提高了46倍，彈性模量降低了35倍，σdc 提高了6個數量級。發生這種變化的主要原因是：在PEDOT：PSS-WPU混合分散體系中，WPU顆粒傾向於自行團聚並形成微米級的團簇，而PEDOT：PSS則嵌在片狀結構中。不同組分幾乎獨立存在，相互作用不強。當引入IL後，PEDOT：PSS和IL之間的反離子交換導致PEDOT：PSS向晶態納米纖維結構變化，這不僅有利於電荷的傳輸，還有利於在WPU中形成連續網絡。IL也減小了WPU的微區尺寸，改善了團聚現象。此外，作為一種非揮發性增塑劑，IL降低了PEDOT：PSS和WPU的彈性模量，增加了兩者的延伸性。
圖4 IL的加入對材料結構的影響
圖5 IL對材料形貌的影響
基於複合材料的熱電性能，與Au-TiO2納米線結合，研究者們開發了第一個本徵型的有機熱電模塊。在40%的拉伸應變下，模塊的輸出電壓不變，輸出功率隨模塊內阻的增加而減小，在平行應變和垂直應變下，輸出功率分別保持了初始功率的48%和83%。相關結果如圖6所示。
圖6 熱電模塊的製備與性能
相關成果發表在國際頂級期刊Nature Communications上，第一作者為Nara Kim，通訊作者為Xavier Crispin教授和Klas Tybrandt教授。高分子科學前沿建立了“熱電”等交流群，添加小編為好友（微信號：polymer-xiang，請備註：名字-單位-職稱-研究方向），邀請入群。
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