Exceptional n‐Type Ionic Thermoelectric Hydrogels by Synergistic Hydrophobic and Coordination Interactions

材料科学 自愈水凝胶 离子键合 堆积 热电效应 噻吩 氯化物 聚合物 疏水效应 化学工程 离子液体 高分子化学 离子 有机化学 复合材料 热力学 化学 物理 工程类 催化作用 冶金
作者
Wei Yu,Yanan Wei,Dong Gao,Guoxian Li,Wenjing Yuan,Teng Liu,Chengfen Xing,Chuizhou Meng,Shijie Guo
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:37 (44): e10199-e10199
标识
DOI:10.1002/adma.202510199
摘要

Abstract Ionic thermoelectric (i‐TE) materials show promise for flexible energy harvesting and self‐powered sensing due to their high ionic Seebeck coefficients ( S i ). However, achieving both high thermoelectric performance and mechanical stretchability, especially in n‐type systems, remains a critical challenge. Herein, a poly(vinyl alcohol) (PVA)‐based n‐type i‐TE hydrogel is presented that exhibits both large negative S i (−38.6 mV K −1 ) and excellent stretchability (382.5%) through synergistic effect of coordination and hydrophobic interactions. Leveraging the amphiphilic nature of PVA, its hydrophilic hydroxyl groups form coordination bonds with Cu 2+ ions from copper chloride (CuCl 2 ), while its hydrophobic backbone interacts with water‐soluble conjugated polymer (poly(3‐(3′‐N,N,N‐triethylammonium‐1′‐propy‐loxy)‐4‐methyl‐2,5‐thiophene chloride (PMNT). Meanwhile, hydrophobic associations also occur among PMNT chains due to strong π‐π stacking and backbone hydrophobicity. This dual‐interaction strategy approach enhances the thermophoretic difference between chloride anions (from both CuCl 2 and PMNT) and cations, enabling the giant ionic thermopower. Besides, the long‐range hydrophobic interactions contribute to the overall mechanical robustness. The developed hydrogels are successfully implemented in self‐powered temperature sensors and low‐grade heat harvesting systems, such as powering a cooling fan by utilizing the waste heat from a working tablet. This work offers an alternative pathway toward developing high‐performance i‐TE materials for wearable electronics and low‐grade heat harvesting applications.
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