近日，深圳大学陈光明教授、梁丽荣助理教授团队成功开发出一种基于PEDOT:PSS/SWCNT@PU复合纤维的高灵敏度热电织物，可用于人体体温监测与发热警报。该研究通过便捷的冻融诱导凝胶化辅助湿法纺丝工艺，制备出连续的PEDOT:PSS/SWCNT复合纤维，其电导率高达1960 S cm⁻¹，功率因数达59.6 μW m⁻¹ K⁻²，拉伸强度达103 MPa。经聚氨酯（PU）封装后，复合纤维进一步获得了优异的机械柔性、理想的耐磨性、显著的耐洗性、耐低温性，并且在超过1000次弯曲/扭转循环后仍保持稳定的热电性能。由32个p型单元组成的最终热电织物在50 K温差下实现了60.1 μW cm⁻²的功率密度，性能超过了大多数已报道的PEDOT:PSS基纤维器件，并且在经历各种机械形变后仍能保持95%以上的性能。基于该织物开发的集成式智能发热监测系统（可置于额头、手腕或腋下）对低/高热监测表现出高灵敏度（警报响应时间<5秒）和良好的重复性（50次循环内响应时间为3-4.3秒）。这种复合热电纤维有望推动可穿戴热电织物在人体能量收集、个性化医疗和智能健身监测领域的实际应用。

相关论文以“Highly Sensitive Thermoelectric Fabric of PEDOT:PSS/SWCNT@PU Composite Fibers for Body-Temperature Monitoring and Fever Alarming”为题，发表在Advanced Materials上。

研究人员首先通过冻融循环处理、溶液共混和高效的湿法纺丝工艺制备了柔性PEDOT:PSS/SWCNT复合纤维。图1示意了复合纤维的制备过程及其最终构成热电织物的应用场景。经过优化的纺丝原液通过湿法纺丝形成连续均匀的纤维，再经由硫酸后处理去除绝缘的PSS组分并优化PEDOT分子链构象，最后通过浸渍法引入柔韧的PU涂层，形成具有核壳结构的PEDOT:PSS/SWCNT@PU复合纤维。PU涂层不仅封装了纤维，还赋予了其优异的柔性和机械稳定性，使其易于集成到可穿戴电子设备的织物中，用于人体热能收集、体温实时监测与警报。

图1：柔性PEDOT:PSS/SWCNT@PU复合纤维及相应热电织物的制备过程示意图。 

对复合纤维的形貌和结构表征揭示了其微观特性（图2）。扫描电镜图像显示，原始复合纤维直径约为38.6 μm，经硫酸处理后显著缩小至29.7 μm，这主要归因于大量绝缘PSS的去除。PU涂覆后，纤维直径增加至约49.3 μm，且涂层表面光滑致密。元素分布分析证实了纤维形成了明确的核鞘结构。X射线光电子能谱分析表明，酸处理使PSS与PEDOT的质量比从1.9降至1.4，有效提升了纤维的电导率。拉曼光谱分析显示，复合纤维中SWCNT的G峰发生红移，表明PEDOT:PSS与SWCNT之间存在有效的电荷转移和强界面相互作用，这有助于提升热电性能。此外，应力-应变曲线显示，酸处理后的纤维断裂强度高达103 MPa，表现出优异的机械性能。

图2：形貌与结构表征。 A) 原始PEDOT:PSS/SWCNT复合纤维的SEM图像。B) 经H₂SO₄后处理的PEDOT:PSS/SWCNT复合纤维的SEM图像。C) PU封装的PEDOT:PSS/SWCNT复合纤维的SEM图像。D) PEDOT:PSS/SWCNT@PU复合纤维的EDS图像。E,F) 原始及后处理PEDOT:PSS/SWCNT复合纤维的X射线光电子能谱（XPS）S2p谱。G) 不同SWCNT含量复合纤维的拉曼光谱。H) 不同样品的拉曼光谱。I) 原始与后处理PEDOT:PSS/SWCNT复合纤维的应力-应变曲线。

研究人员系统评估了复合纤维的热电性能及其稳定性（图3）。经硫酸处理后，复合纤维的电导率达到1960 S cm⁻¹，功率因数达到59.6 μW m⁻¹ K⁻²。当SWCNT含量为10 wt.%时，纤维获得最佳热电性能。值得注意的是，即使在经过1000次卷绕或扭转循环后，纤维的σ和S值性能衰减也小于3%，展现了卓越的机械稳定性。得益于PU涂层的保护，纤维还表现出优异的耐水性和耐低温性，在水中连续搅拌30天或在-18°C环境中放置30天后，其热电性能变化均小于2%。

图3：热电性能与稳定性评估。 A) 柔性PEDOT:PSS/SWCNT复合纤维经H₂SO₄处理前后的热电性能（σ, S, 及计算所得PF=σS²）。B) 不同SWCNT重量含量复合纤维的σ和S。C) 不同复合纤维的计算所得PF。柔性纤维在经历 D) 多次卷绕循环或 E) 扭转循环后的σ和S变化。纤维在 F) 水中浸泡或 G) 暴露于低温条件（-18 °C）不同时间间隔后的σ和S变化。H) 各种PEDOT:PSS基复合纤维的σ和机械性能比较。

基于这些性能卓越的纤维，研究团队构建了由32个p型单元串联组成的柔性热电织物，并评估了其输出性能（图4）。该织物在0至50 K的温差范围内，开路电压与温差呈现良好的线性关系，在50 K温差下达到23.2 mV。最大输出功率密度在50 K温差下达到60.1 μW cm⁻²，归一化功率密度为0.024 μW cm⁻² K⁻²，优于许多已报道的PEDOT基纤维热电发生器。稳定性测试表明，织物在经过1000次拉伸、弯曲、扭转和摩擦循环后，其内部电阻和开路电压的变化均非常小（性能保持率超过95%），展现出作为可穿戴设备所需的机械耐久性。

图4：柔性热电织物的输出性能。 A) 热电织物对施加温差的实时开路电压响应。B) 开路电压对温差的依赖性。C) 在10至50 K温差范围内，产生的电压随电流变化的函数关系。D) 在10至50 K温差范围内，热电织物的输出功率随外部负载电阻变化的函数关系。E) 热电织物在不同温差下的输出功率密度或归一化功率密度。热电织物在不同外部机械力作用下的开路电压或内部电阻变化： F) 多次拉伸循环， G) 多次弯曲循环， H) 多次扭转循环，和 I) 多次摩擦循环。

最后，研究团队展示了该热电织物在智能体温监测预警系统中的应用潜力（图5）。系统集成了柔性热电传感器阵列、信号处理单元、双模式警报终端（蜂鸣器和蓝牙模块）以及远程监控平台。通过在不同身体部位（如额头、手腕）设置电压阈值，系统能在体温异常时快速触发警报（响应时间小于5秒），并通过蓝牙将数据远程传输至智能手机。模拟测试显示，该系统能快速、稳定地响应体温变化，并利用机器学习算法对不同体温状态（正常、低热、高热）实现了平均94%的识别准确率。该系统在50次连续警报循环中响应时间稳定在3-4.3秒，重复性良好，为个性化医疗和智能健身监测提供了实用化前景。

图5：基于热电织物的自供电智能远程人体发热预警系统。 A) 用于儿童体温智能监测与预警的可穿戴热电织物示意图。B) 基于热电织物的系统随体温变化产生的实时电压变化。C) 基于热电织物的预警系统对体温识别结果的混淆矩阵。D) 温差、体温和阈值电压对温度警报响应时间性能的影响。E) 体温预警系统在多次循环下的响应时间变化。F) 人体运动前后预警系统产生的电压变化。

这项研究成功制备出兼具高热电性能和机械性能的连续PEDOT:PSS/SWCNT复合纤维，并通过PU封装显著提升了其柔性、耐磨性和长期稳定性。所开发的热电织物展现出优异的输出性能和机械耐久性，超越了多数已报道的同类器件。基于此构建的智能体温警报系统具有高灵敏度和良好的重复性，为可穿戴健康监测提供了新的解决方案。展望未来，研究可通过优化材料体系、开发先进的纤维架构、集成多功能模块以及推动绿色制造与标准化评估，进一步促进高性能热电织物的实际应用与产业化，在个性化医疗、物联网和智能可穿戴领域发挥更大价值。