【導語】2025年，澳大利亞科學家在柔性半導體領域取得重大突破，利用“空位工程”技術成功開發出一種新型柔性熱電材料——銀銅碲硒硫合金，該材料能將人體熱量高效轉化為電能。這一創新不僅解決了柔性半導體在熱電效率與可塑性方麵的關鍵難題，更為可穿戴電子設備的能源問題提供了全新解決方案。未來，這一技術有望廣泛應用於智能手表、健康監測等可穿戴設備，開啟柔性電子設備的新紀元。

撰文丨姬揚 浙江大學物理學院

2025年3月，澳大利亞的科學家在《自然通訊》上發表論文，宣布他們利用“空位工程”技術，成功開發了一種用於可穿戴設備的柔性半導體材料， 能夠高效地把人體的熱量轉化為電能。那麽，什麽是柔性半導體呢？這個領域有哪些關鍵難題呢？什麽是“空位工程”技術呢？這項工作的新突破體現在哪裏呢？將來會有什麽重大應用嗎？

半導體科技是現代文明的基石，從手機到互聯網，從醫療設備到國防武器，半導體科技正在不停地迭代升級，持續推動人類文明進步。傳統半導體器件（比如電腦和手機裏(lǐ)的(de)芯(xīn)片(piàn)）是(shì)用(yòng)矽(guī)這(zhè)種(zhǒng)晶(jīng)體(tǐ)材(cái)料(liào)製(zhì)成(chéng)的(de)，性(xìng)能(néng)優(yōu)越(yuè)、質(zhì)量(liàng)可(kě)靠(kào)，但(dàn)是(shì)製(zhì)作(zuò)過(guò)程(chéng)複(fù)雜(zá)又(yòu)昂(áng)貴(guì)，而(ér)且(qiě)產(chǎn)品(pǐn)不(bù)能(néng)彎(wān)曲(qū)、折(zhé)疊(dié)或(huò)者(zhě)拉(lā)伸(shēn)，隻(zhǐ)能(néng)老(lǎo)老(lǎo)實(shí)實(shí)待(dài)在(zài)電(diàn)路板上。柔性半導(dǎo)體(tǐ)指(zhǐ)的(de)是(shì)半導體材料或器件能彎能折還能拉伸，同時還不喪失其電學性能，可以在很多場合替代傳統的剛性半導體。

柔性半導體用塑料、有機材料或者超薄的金屬氧化物做成，加工時不用高溫，甚至能像印報紙一樣“印刷”出來，仿佛把電子電路“畫”在保鮮膜上，可以隨便卷曲。所以它特別適合做折疊屏手機、電子皮膚、能貼在身上的健康監測貼片，等等。

柔性半導體正推動電子設備形態的根本變革，從剛性走向可形變，未來可能在醫療、能源、人工智能等領域催生顛覆性應用。但是，目前它的性能還比不上傳統芯片，容易受溫度、濕度影響，壽命也短一些。還需要發明很多新技術來改進其性能，比如說空位工程。

空位是晶體中最常見的點缺陷，對材料的電學性能有顯著影響。空位工程指的是，為了優化材料物理化學性質，在材料中人為引入、調控或消除空位缺陷（如原子空位、間隙原子等）。空位工程這種技術手段通過“缺陷即功能”的策略，為材料設計提供了新維度，正在材料科學、新能源、信息器件和量子技術發揮著重要作用。

半導體器件離不開能源，傳統的電池通常不能折疊彎曲，不利於配合柔性半導體的的應用。熱電材料是一種能夠直接將熱能轉化為電能的材料，因其無汙染、無噪音、無需移動部件等優點，受到了廣泛關注。然而，傳統的熱電材料通常比較脆，難以應用在柔性電子設備中。近期，科學家們發現了一種新型柔性熱電材料（銀銅碲硒硫合金，AgCu(Te, Se, S)），它不僅具有優異的熱電性能，還具備出色的可塑性，為柔性熱電設備的發展帶來了新的希望。熱電材料的性能通常用“熱電優值”（ZT）來衡量，ZT值越高，熱電轉換效率就越高。為了提高ZT值，科學家們需要優化材料的電導率和塞貝克係數，同時降低熱導率。

銀銅碲硒硫合金【AgCu(Te, Se, S)】是一種罕見的p型塑性無機熱電材料。澳大利亞的科學家(jiā)采用(yòng)低(dī)成本熔融法合成了這種柔性半導體，其優異的可塑性和熱電轉換能力使其適用於複雜場景。空位工程是這項研究的關鍵。通過人為製造少量Ag或Cu空位，材料中的載流子濃度得到了優化，電導率顯著提升。此外，這些空位還作為聲子散射中心，降低了材料的熱導率。最終，優化後的材料在343 K時達到了創紀錄的ZT值0.83，在目前同類材料中是最高水平。

這種材料不僅熱電性能出色，還具備驚人的可塑性。在三點彎曲測試中，含S的樣品能夠承受高達10%的應變，而普通銀銅碲合金（AgCuTe)的應變僅為1%。這種特性使得材料可以彎曲、折疊，非常適合用於柔性電子設備。為了驗證這種材料的實用性，研究團隊製作了一種柔性熱電設備。在25攝氏度的溫差下，該設備的功率密度達到了遠高於傳統有機熱電設備的性能。這種設備可以輕鬆貼合在人體手臂上，利用體溫與環境溫度的差異發電，為可穿戴電子設備提供了新的能源解決方案。

這項工作解決了柔性半導體領域的關鍵難題：如何既提升熱電效率，又保持材料的柔韌性和可拉伸性，實現高性能與高可塑性的完美結合。柔性熱電設備可以貼合在人體或彎曲表麵，從環境中收集廢熱並轉化為電能，為智能手表、健康監測設備等可穿戴電子糖心APP官网进入提供持續能源。

盡管這項研究取得了重大突破，但仍有一些問題需要解決，例如材料與電極之間的接觸電阻較高，影響了設備的輸出性能。另外，溫差25攝氏度的工作條件可能也隻適合室內環境或者天氣宜人的春秋季節，而真正實用的柔性設備需要適應更加多樣化的工作環境。

銀銅碲硒硫合金【AgCu(Te, Se, S)】的研究展示了空位工程在材料科學中的強大潛力，不僅為熱電材料開辟了新方向，也為柔性電子設備的普及鋪平了道路。也許在不遠的將來，糖心免费视频就會在生活和工作中經常使用可穿戴設備，甚至用它們來收看科普視頻了。