想象一下：给手机贴一层“果冻外套”，一边给它降温，一边顺手把多余的热量变成电；在手指、膝盖、鞋垫和头箍上穿上一圈“软软的电池”，走路、弯曲的同时身体就在持续“自发电”。这座“穿在身上的发电站”，来自最新发表在《国家科学评论》（National Science Review, NSR）上的研究成果。南开大学材料科学与工程学院刘利利博士为论文的第一作者，马儒军教授、张鼎副教授为通讯作者。
我们身边充满了“被白白浪费掉”的低品位热能：人体散热、充电器发烫、管道发热……因为温度不高、形状又怪，用传统“硬邦邦”的板状热电器件既贴不牢，也收不上来多少能量。为此，团队做出了一种“可3D打印、想怎么长就怎么长”的水凝胶热电池（DHFG）：摸上去像果冻、看上去像透明软糖，却能在几十度的小温差下持续发电，还能随意弯折拉伸，紧紧贴住人体和各种“弯弯绕绕”的热源。
可定制3D打印的微结构水凝胶热电池的照片及其余热收集能力
这块“发电果冻”是怎么炼成的？研究团队先用数字光处理（DLP）3D打印技术，在深共晶溶剂的光敏“墨水”里逐层“照”出高分辨率的骨架，再通过溶剂置换，引入含[Fe(CN)6]4-/3-和胍盐的热电溶液，让这块“果冻”具备热电转换能力。得益于巧妙的分子设计和“盐促结晶”效应，优化后的器件在室温附近的热功率可达3.5 mV K-1。3D打印最大的魔力，在于可以“按需长在”各种复杂表面上。团队专门设计了带有微结构的水凝胶热电池，它们与不规则热源表面实现“完美贴脸”。在同样的热源温度下，几何形状匹配良好的微结构器件，输出电压可达到平面器件的约3.5倍，并将收集人体热能的有效环境温度范围拓宽了约 6 K，让更多环境中的碎片余热都能被“薅干净”。
发电之外，这块果冻还是个“多面手”。微柱结构的DHFG对轻微压力就很敏感，可以用来监测动作和脉搏；把多个单元排成阵列、做成手套或腕带后，利用人体和环境之间的温差，实现无需外接电源的手势识别和信号编码，用摩尔斯电码帮失语患者敲出“我很好”等信息。在更贴近日常的场景里，团队还用 DHFG 做成手机充电器“散热外衣”：薄薄一层水凝胶包覆后，既能让充电头温度下降约 8 K，又能从约6 K的温差里榨出十几毫伏的电压，在电子产品散热与能量回收一体化方面展示了独特优势。未来，这种可以随打印、随穿戴的水凝胶热电池，有望进一步走进工业管道、可穿戴医疗和软体机器人等更多场景，让“余热不浪费”真正变成日常。
该工作是马儒军教授团队近期关于高性能柔性热电材料与器件的最新进展之一。马儒军教授目前为南开大学材料科学与工程学院智能热管理实验室负责人，近年来在主动/被动制冷材料、柔性热电材料与器件、高性能柔性导热复合材料、能源转换材料与器件等多学科交叉领域取得了一系列重要的研究成果，以通讯或第一作者发表在Science (2篇), Natl. Sci. Rev., PNAS, Nat. Commun. (3篇), Joule (2篇), Chem. Soc. Rev., Adv. Mater. (5篇), Energy Environ. Sci., Adv. Energy Mater. (2篇), Nano Lett. (10篇), ACS Nano (3篇)等国际知名期刊上。实验室拥有先进的材料制备平台以及电学、热学等测试系统，并围绕国家重点研发计划项目等多项课题，展开新能源与智能热管理技术方向的研究。
团队现诚招材料、化学、物理、电子等相关专业背景的博士后，欢迎有志之士将个人简历（pdf）发送至马儒军教授邮箱malab@nankai.edu.cn，邮件标题请注明:“应聘博士后+本人姓名+博士毕业院校”，对于符合要求并通过初审者，将会通知安排面试。招聘启事在岗位招满前有效。
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https://doi.org/10.1093/nsr/nwaf518
