本文发表于Science，属于全球顶级综合学术顶刊，因此采用顶刊解读标题。传统热电器件依赖单晶制备、热压烧结、切割铣削多道高能耗工序，材料损耗大、成型自由度低；常规3D打印热电材料因颗粒界面结合差，电导率偏低，无量纲优值zT远低于块体铸锭。该研究创新功能热电墨水体系，采用挤出式DIW浆料直写一体成型p型(Bi,Sb)₂Te₃、n型Ag₂Se微型热电柱，低温烧结实现晶粒间界面冶金结合，在50%高孔隙率下仍实现顶尖热电性能，组装热电制冷器(TEC)可实现50℃空气降温温差。

整套浆料调配、微尺度热电柱数字化挤出成型、低温无压烧结工艺均可依托DIW打印系统完整复现，摆脱模具与精密机加工限制，大幅缩短热电器件研发周期。

双体系热电可打印墨水配方设计

针对两类热电半导体差异化烧结特性开发专属DIW墨水：n型Ag₂Se仅搭配甘油溶剂，依靠高温超离子相转变实现颗粒自结合，无需有机粘结剂；p型Bi₀.₅Sb₁.₅Te₃体系复合铋纳米颗粒与Sb₂Te₄硫属金属酸盐前驱体，烧结过程原位生成同相连接相，在无外加压力条件下构建连续导电网络。两种墨水均具备高屈服应力、低损耗黏弹性，挤出成型后生坯结构完整不塌陷。

界面结合提升热电核心性能

常规多孔打印热电材料孔隙会严重切断导电通路，本研究依靠烧结诱导晶粒界面冶金键合，平衡晶格导热与载流输运：室温p型材料zT达1.42，n型Ag₂Se zT达1.3，达到同温度区间打印热电材料世界纪录。尽管成品孔隙率接近50，但界面高密度位错、纳米孪晶大量散射声子降低热导率，同时连续晶界保障高电输运效率，加权迁移率/晶格导热比优于传统致密铸锭材料。整套微观结构调控思路可用于DIW各类半导体功能浆料开发。

3D打印热电制冷器整机性能验证

采用DIW打印直径1mm、高0.8mm微型热电柱，规整排布32对p/n阵列，蒸镀铂电极完成封装组装；室温空载工况下冷热端最大温差ΔT=50℃，真空环境下温差突破64℃，制冷系数COP最高3.8。器件经过7天连续运行、200次冷热循环后性能无衰减，具备长期稳定使用能力，适配芯片温控、可穿戴体温调节、微型红外传感器散热等精密热管理场景。

整套工艺科研与产业化价值

第一，DIW浆料直写实现热电元件免模具一体化成型，省去铸锭、热压、精密切割等高耗能加工步骤，材料利用率大幅提升；

第二，专属半导体墨水搭配低温无压界面烧结工艺，高孔隙率下仍维持顶尖zT性能，打破打印热电材料性能瓶颈；

第三，微型、异形热电柱可数字化自由设计，适配微型芯片、柔性穿戴等小型化精密温控器件；

第四，工艺可规模化、批次性能波动小于±10%，为固态制冷器件低成本量产提供全新增材制造路线。