可穿戴织物基热电发电机（TEG）在自供电健康监测领域具有巨大潜力。然而，实现太阳能 harvesting、稳定的热电性能、可穿戴舒适性和可扩展生产仍面临挑战。本文，天津工业大学李婷婷 教授、楼静文特聘教授等在《Composites Communications》期刊发表名为“Screen-printed large-area wearable graphene-coated cotton fabric-based thermoelectric generator for solar energy harvesting and health monitoring”的论文，研究提出了一种基于棉织物的热电发电机（TEG），采用丝网印刷技术制备，使用均匀分散的石墨烯墨水，实现了大面积、石墨烯涂层的热电发电机。
这些设备展现出卓越的热电性能，最小可辨别温度差为0.2 K，温度响应时间仅为1.721秒，同时具备太阳能能量 harvesting 能力、循环稳定性和耐用性。由于其温度识别和触觉传感特性，TEG可快速检测水温的不同状态，并将指尖接触产生的热电压信号转换为英文单词。当集成到口罩中时，TEG可通过检测呼气与环境之间的温度差来监测呼吸频率。当嵌入袖口时，TEG可协同收集人体热量和太阳能以实现自供电。本研究提出了一种简单、易于实现且可扩展的石墨烯基可穿戴热电发电器制备方法，其在自供电可穿戴电子设备及视力障碍者健康监测等应用领域展现出巨大潜力。
图1. (a) Preparation process of Gr ink, (b) Preparation process of Gr ink-coated cotton fabric.
综上所述，我们采用了一种成本低廉、操作简便且可扩展的石墨烯基墨水丝网印刷制备方法，成功开发出一种基于石墨烯涂层棉织物的热电发电机（TEG），该设备非常适合可穿戴温度传感和能量 harvesting 应用。这种热电发电机（TEG）具有卓越的柔韧性和穿着舒适性。通过在棉织物基底表面均匀印刷石墨烯墨水，形成连续的石墨烯导电网络，展现出卓越的热电性能，能够高效地将热能转化为电能。在60 K的温度差下，TEG产生11.566 mV的输出电压，并在不同温度梯度下保持连续的输出电压响应。石墨烯卓越的光吸收特性使棉质织物基热电发电机（TEG）能够有效采集太阳能并将其转化为电能。此外，棉质织物基TEG展现出精准且快速的温度响应与识别能力，最小可区分温度差为0.2 K，接触手指时温度响应时间仅为1.721秒。集成式自供电温度传感器不仅具备识别不同温度状态下水的功能，还能将手指触摸产生的热电压信号转换为对应的英文单词。
这一创新为监测视障人士安全用水以及未来开发针对盲人的识字系统提供了新机遇。此外，热电发电机（TEG）被集成到口罩中，从而实现人体呼吸频率对不同运动状态的实时监测。最终，由10个串联连接的涂覆热电腿组成的棉质面料基热电发电机（TEG）被集成到袖子中。当暴露于户外阳光下时，TEG有效捕获太阳能，表面温度达到47.4°C，并产生2.403 mV的输出电压。综上所述，研究结果共同表明，基于石墨烯涂层棉质织物的热电发电机（TEG）在多种应用中展现出巨大潜力，包括太阳能发电、触觉感知及呼吸监测等领域。
文献：https://doi.org/10.1016/j.coco.2025.102526
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