聚醚型热塑性聚氨酯基离子热电薄膜的制备及其可穿戴传感应用

张文帅; 叶佳意; 孙婷婷; 王连军; 江莞

doi:10.19886/j.cnki.dhdz.2026.0145

东华大学学报（自然科学版） ›› 2026, Vol. 52 ›› Issue (3) : 161 -168. DOI: 10.19886/j.cnki.dhdz.2026.0145

聚醚型热塑性聚氨酯基离子热电薄膜的制备及其可穿戴传感应用

张文帅, 叶佳意, 孙婷婷, 王连军, 江莞

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摘要

人工智能与物联网技术的蓬勃发展，推动柔性电子器件向多模态感知集成与无源自供能集成方向加速演进。基于热扩散效应的离子热电（i-TE）凝胶凭借热能-电能可直接转换、柔性良好、热电势高等特性，为自供电温度-应变双模态传感提供了理想材料，但现有离子热电体系难以兼顾高热电性能与力学性能。本研究设计并制备了以聚醚型热塑性聚氨酯（PE-TPU）为聚合物网络，以1-乙基-3-甲基咪唑氯盐（EMIM Cl）为离子供体的柔性离子热电薄膜，EMIM Cl中的Cl^-通过氢键与PE-TPU硬段中的N—H相互作用，破坏了PE-TPU原有的氢键交联网络，诱导体系发生微相分离并显著增加非晶区占比，从而促进离子对解离和离子热扩散，最终使薄膜呈现出以EMIM⁺阳离子热扩散为主的p型热电特性，其热电势可达13.2 mV·K^-1;得益于PE-TPU本征软硬嵌段交替的分子结构特性，复合薄膜保持了优异的力学性能，实现了高达20.05 MPa的拉伸强度与1092%的断裂伸长率，解决了离子热电材料热电转换与力学柔韧性难以兼顾的核心问题。基于该高性能离子热电薄膜构建的柔性传感器，展现出双模态传感性能：温度分辨率低至0.5 K,应变灵敏度为0.42,且在1800次力学循环后信号无明显漂移，可稳定实现温度-应变双模态感知。本研究为开发兼具高热电性能、优异力学强度及长循环寿命的柔性传感器提供了新材料体系与设计思路。