【导语】2025年，澳大利亚科学家在柔性半导体领域取得重大突破，利用“空位工程”技术成功开发出一种新型柔性热电材料——银铜碲硒硫合金，该材料能将人体热量高效转化为电能。这一创新不仅解决了柔性半导体在热电效率与可塑性方面的关键难题，更为可穿戴电子设备的能源问题提供了全新解决方案。未来，这一技术有望广泛应用于智能手表、健康监测等可穿戴设备，开启柔性电子设备的新纪元。

撰文丨姬扬 浙江大学物理学院

2025年3月，澳大利亚的科学家在《自然通讯》上发表论文，宣布他们利用“空位工程”技术，成功开发了一种用于可穿戴设备的柔性半导体材料， 能够高效地把人体的热量转化为电能。那么，什么是柔性半导体呢？这个领域有哪些关键难题呢？什么是“空位工程”技术呢？这项工作的新突破体现在哪里呢？将来会有什么重大应用吗？

半导体科技是现代文明的基石，从手机到互联网，从医疗设备到国防武器，半导体科技正在不停地迭代升级，持续推动人类文明进步。传统半导体器件（比如电脑和手机里(lǐ)的(de)芯(xīn)片(piàn)）是(shì)用(yòng)硅(guī)这(zhè)种(zhǒng)晶(jīng)体(tǐ)材(cái)料(liào)制(zhì)成(chéng)的(de)，性(xìng)能(néng)优(yōu)越(yuè)、质(zhì)量(liàng)可(kě)靠(kào)，但(dàn)是(shì)制(zhì)作(zuò)过(guò)程(chéng)复(fù)杂(zá)又(yòu)昂(áng)贵(guì)，而(ér)且(qiě)产(chǎn)品(pǐn)不(bù)能(néng)弯(wān)曲(qū)、折(zhé)叠(dié)或(huò)者(zhě)拉(lā)伸(shēn)，只(zhǐ)能(néng)老(lǎo)老(lǎo)实(shí)实(shí)待(dài)在(zài)电(diàn)路板上。柔性半导(dǎo)体(tǐ)指(zhǐ)的(de)是(shì)半导体材料或器件能弯能折还能拉伸，同时还不丧失其电学性能，可以在很多场合替代传统的刚性半导体。

柔性半导体用塑料、有机材料或者超薄的金属氧化物做成，加工时不用高温，甚至能像印报纸一样“印刷”出来，仿佛把电子电路“画”在保鲜膜上，可以随便卷曲。所以它特别适合做折叠屏手机、电子皮肤、能贴在身上的健康监测贴片，等等。

柔性半导体正推动电子设备形态的根本变革，从刚性走向可形变，未来可能在医疗、能源、人工智能等领域催生颠覆性应用。但是，目前它的性能还比不上传统芯片，容易受温度、湿度影响，寿命也短一些。还需要发明很多新技术来改进其性能，比如说空位工程。

空位是晶体中最常见的点缺陷，对材料的电学性能有显著影响。空位工程指的是，为了优化材料物理化学性质，在材料中人为引入、调控或消除空位缺陷（如原子空位、间隙原子等）。空位工程这种技术手段通过“缺陷即功能”的策略，为材料设计提供了新维度，正在材料科学、新能源、信息器件和量子技术发挥着重要作用。

半导体器件离不开能源，传统的电池通常不能折叠弯曲，不利于配合柔性半导体的的应用。热电材料是一种能够直接将热能转化为电能的材料，因其无污染、无噪音、无需移动部件等优点，受到了广泛关注。然而，传统的热电材料通常比较脆，难以应用在柔性电子设备中。近期，科学家们发现了一种新型柔性热电材料（银铜碲硒硫合金，AgCu(Te, Se, S)），它不仅具有优异的热电性能，还具备出色的可塑性，为柔性热电设备的发展带来了新的希望。热电材料的性能通常用“热电优值”（ZT）来衡量，ZT值越高，热电转换效率就越高。为了提高ZT值，科学家们需要优化材料的电导率和塞贝克系数，同时降低热导率。

银铜碲硒硫合金【AgCu(Te, Se, S)】是一种罕见的p型塑性无机热电材料。澳大利亚的科学家(jiā)采用(yòng)低(dī)成本熔融法合成了这种柔性半导体，其优异的可塑性和热电转换能力使其适用于复杂场景。空位工程是这项研究的关键。通过人为制造少量Ag或Cu空位，材料中的载流子浓度得到了优化，电导率显著提升。此外，这些空位还作为声子散射中心，降低了材料的热导率。最终，优化后的材料在343 K时达到了创纪录的ZT值0.83，在目前同类材料中是最高水平。

这种材料不仅热电性能出色，还具备惊人的可塑性。在三点弯曲测试中，含S的样品能够承受高达10%的应变，而普通银铜碲合金（AgCuTe)的应变仅为1%。这种特性使得材料可以弯曲、折叠，非常适合用于柔性电子设备。为了验证这种材料的实用性，研究团队制作了一种柔性热电设备。在25摄氏度的温差下，该设备的功率密度达到了远高于传统有机热电设备的性能。这种设备可以轻松贴合在人体手臂上，利用体温与环境温度的差异发电，为可穿戴电子设备提供了新的能源解决方案。

这项工作解决了柔性半导体领域的关键难题：如何既提升热电效率，又保持材料的柔韧性和可拉伸性，实现高性能与高可塑性的完美结合。柔性热电设备可以贴合在人体或弯曲表面，从环境中收集废热并转化为电能，为智能手表、健康监测设备等可穿戴电子麻豆人妻在线视频提供持续能源。

尽管这项研究取得了重大突破，但仍有一些问题需要解决，例如材料与电极之间的接触电阻较高，影响了设备的输出性能。另外，温差25摄氏度的工作条件可能也只适合室内环境或者天气宜人的春秋季节，而真正实用的柔性设备需要适应更加多样化的工作环境。

银铜碲硒硫合金【AgCu(Te, Se, S)】的研究展示了空位工程在材料科学中的强大潜力，不仅为热电材料开辟了新方向，也为柔性电子设备的普及铺平了道路。也许在不远的将来，麻豆影片色欲在线观看就会在生活和工作中经常使用可穿戴设备，甚至用它们来收看科普视频了。