2026年3月我国研制新型热电聚合物薄膜，性能超厉害

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中国科学院化学研究所，于今日公布一项具突破性的成果，该团队成功研制出一种新型的热电聚合物薄膜，其核心性能指标，创造了柔性材料同温区的世界纪录，这意味着在未来里，智能手表、健康监测贴片等可穿戴设备，或将摆脱频繁充电的困扰，进而实现“永不断电”。

突破柔性热电材料世界纪录

3月6日的北京时间，中国科学院化学研究所的朱道本院士，以及狄重安研究员团队，联合国内的合作者，在国际学术期刊发表了最新的研究成果。他们研制出了一种新型的热电聚合物薄膜，这种薄膜有着不规则的多级孔结构，它的热电优值，在343K的温度下达到了1.64。这一数值，超越了柔性无机材料在相同温度区域的性能，创造了该温度区域柔性热电材料的世界纪录。

团队提出“无序中创造有序”新策略，此成果源于该策略。这种名为IHP - TEP的新型薄膜，解决了聚合物材料长期以来在性能上无法匹敌无机材料的难题。目前柔性无机材料的zT值能达到1.0至1.4 ，先前有机热电材料的zT值大多低于0.5 ，就连去年的纪录也仅仅是1.28。

可穿戴设备告别频繁充电

在智能手表、健康监测贴片等这类可穿戴设备不断普及的情形下，频繁进行充电则演变成了这些电子设备的共同面临的令人苦恼的问题。要是能够借助体温以及各种各样的环境温差来进行发电的话，那么便有希望达成电子设备“永远都不会断电”这样的状态。热电材料恰恰是达成这一目标的具有决定性作用的部分，它能够实现热能到电能的直接的相互之间的转换。

假设材料的两端之间有着温差，那么电能也就能够凭借特殊方式在热能直接作用的时候被转化了，如此产生结果的奇妙现象称作是“塞贝克效应”。与之情形决然颠倒了哟 这时的电能转化成了热能 材料一端在电流流动中温度上涨变热 另一端却变冷了 这种现象就是“帕尔贴效应”。高性能热电材料拥有能依据所述情况显示出来的特性呀 所以在废热回收以及固态制冷等领域之中拥有着无比广阔使用机会呀 对于像可穿戴设备还有物联网传感器等全新涌现的电子产品而言 满足其自供电需求方面 高性能热电材料发挥着尤为突出的作用。

有机材料兼具柔性与可加工性

有机热电材料具备本征柔性，还有可溶液加工特性。它可以贴附在不同曲面，能把人体热能或者环境的“废热”，持续转化成电能。和传统的无机热电材料相比较，聚合物材料拥有质轻的特点，柔性良好，还能够大面积印刷，有着显著的优势。这致使它能够适应各类复杂表面，给电子产品设计提供了更大自由度。

不过，长久以来，聚合物热电材料性能一直比无机材料差。在2024年，该团队把聚合物热电材料的zT值提高到了1.28，可还是没法和高性能柔性无机材料相比。更为关键的是，先前的制备流程繁杂，限制了材料朝着实用方向发展，急需要新的技术进展来扭转这种态势。

破解电热输运协同调控难题

聚合物热电性能得以提升面临的关键挑战是，各性能参数交互耦合且相互制约，导致很难进行独立调控。理想的热电材料需契合“声子玻璃 - 电子晶体”模型，对于热量传递这种情况，材料得如同“玻璃”那样具备无序结构，致使声子难以前行；针对电荷传输而言，材料要宛如“晶体”一样拥有有序的分子堆积。

这种被称作“电 - 热输运的协同调控”的情况，其难度是极其高的，从而成为了那一长期制约其中聚合物热电性能得以提升的瓶颈。要达成让热量停住不动、让电荷快速跑起来这样的理想状态，在材料科学的领域当中一直都被视作重大的、需攻克的核心学术问题。借助传统的方法往往会出现顾得了这边就顾不了那边的窘迫现象，一旦对其中一个性能施予改善，就会相应地对另一个性能造成损害。

创新结构实现“崎岖山地修高速”

研究团队所研制的那种有着不规则多级孔结构的热电聚合物薄膜，构建起了“无序孔增强声子散射”以及“限域增强有序分子组装”的协同调控全新机制，这种材料的内部到处都是尺寸不一样、形状不相同、分布很无序的纳米到微米级别的孔洞 这一种结构能够有效地增强多重声子散射，明显地抑制热传导。

与此同时，纳米孔道所具备的限域效应，使得聚合物分子能够保持高程度的有序排列状态，进而显著地增进了电荷的输运性能现象。打个比方来说的是，该种特定结构看上去类似在崎岖不平的山地环境里建造起高速公路的状况：无序孔洞使得热量在进行传达过程中需要如同翻山越岭般艰难，然有序分子形式的通道却能确保电荷可以顺利实现高速通行的效果。它们二者各自履行着自身的职责，彼此之间不存在相互干扰的情况，最终成功达成了电方面与热方面输运之间的解耦以及协同调控的目的之举。

相分离方法构建高性能薄膜

研究团队运用“聚合物相分离”法打造该结构，先把聚合物半导体与聚苯乙烯溶液均匀掺和，在溶剂挥发进程里，二者会产生相分离，之后借助精准把控共混比例等参数，能够调节孔的大小、数量以及分布，此方法简便且高效，拥有优良的工业应用前景。

声子 - 边界散射、声子 - 声子相互作用以及尺寸效应等可被 IHP - TEP 结构协同调控，致使热导率下降百分之七十二。与此同时，分子有序组装因孔的限域效应而得以增强，载流子迁移率最高能够提高百分之五十二。另外，此结构与喷涂技术相互兼容，于大面积柔性发电层面具备重要应用潜力，为规模化生产铺就通道。

这项研究突破了聚合物热电材料在电荷输运跟声子散射协同优化方面存在的传统限制，给柔性热电材料领域提供了一条新的发展途径。往后，身旁的“塑料”制品，或许都能够变为微型发电站和贴身空调呀，从而使废弃热量摇身成为宝贵资源噢。

你有没有期望往后的智能装置运用起这种能够借助体温来发电的“塑料”材料呢，欢迎于评论区域分享你所抱有的看法，点赞并且转发一下这篇文字，使得更多的人晓得中国科学家的此项突破性收获。