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  雖然準固態離子熱電（i-TE）材料由于廉價、無泄漏、可擴展、不需額外供電等優勢已被廣泛應用于人體可穿戴領域，但在使用過程中有限溫差給 i-TE 凝膠的廣泛應用帶來了挑戰。近期，太原理工大學信息與計算機學院張虎林教授團隊制備了一種光驅動柔性熱電水凝膠。聚合物網絡由PVA鏈和PDMS納米顆粒組成的，通過一鍋合成法和凍融法將Fe^2+/3+和聚合物網絡制備成熱伏凝膠，耦合凝膠的熱電效應和AuNPs@SiO₂-PDMS復合薄膜的局部表面等離子體共振效應（LSPR），來用于無源可穿戴人體運動識別。

圖1. 用于熱感應的光-熱-電設備示意圖

圖2. AuNPs@SiO₂-PDMS復合薄膜的制備及其光熱特性。

圖3. 水凝膠的熱電特性和機械特性

圖4. 光-熱-電貼片用于人體運動檢測的應用展示

  本研究設計了具有良好機械性能的高效光熱層和熱電水凝膠層的結構。當 PDMS含量為5%時，TE凝膠具有1.46 mV K^-1的高塞貝克系數和0.98 W m^-1K^-1 的低熱導率。使用AuNPs@SiO₂-PDMS 薄膜組裝的PT 凝膠具有快速的光熱響應和較大的電流輸出。此外，該凝膠還被制成了概念驗證貼片，可通過識別手臂擺動所刺激的太陽輻射開關，實時主動分辨人體運動，實現遠程監控。這項工作不僅提供了一種用于非接觸控制的PTE貼片，還可以與治療設備相結合，自適應地調節人體生理狀態。相關成果以“Thermogalvanic gel patch for self-powered human motion recognition enabled by photo-thermal-electric conversion”為題發表在《Chemical Engineering Journal》（IF=15.1）上。文章第一作者是太原理工大學碩士研究生楊航。通訊作者為張虎林教授，該研究得到了山西省自然科學基金以及山西省科技合作與交流專項的支持。在過去的兩年中，張虎林教授團隊制備了一系列基于不同聚合物網絡和氧化還原對的熱電凝膠器件，并致力于開拓凝膠熱電器件的應用場景，取得了一系列的研究成果，具體詳見：基于熱電凝膠的無源信息轉換系統(Nano Energy, 2023, 113, 108612, Compos. Sci. Tech., 2023, 239, 110077, Nano Energy, 2023, 106, 108077)，用于熱能管理和熱回收的無水熱電凝膠(ACS Appl. Polym. Mater., 2023, 10.1021/acsapm.3c00481)，基于深度學習算法的嬰兒智能監護系統(Adv. Funct. Mater., 2022, 32, 2204803)，太陽能熱能收集器件(Nano Energy, 2022, 100, 107449，Sens. Actuat. A-Phys., 2023, 354, 114305)，無源呼吸、體溫等體征監測策略(ACS Appl. Mater. Interfaces, 2022, 14, 48743，ACS Appl. Mater. Interfaces, 2021, 13, 37306，J. Mater. Chem. C, 2022,10,13789，Nano Res., 2023, 10.1007/s12274-023-5621-2)等。

  原文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.cej.2023.145247