福州科研力量突破热电材料瓶颈：新型聚合物薄膜助力可穿戴设备“永不断电”

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随着智能手环、健康监测贴片等可穿戴电子设备在福州高校实验室、数字医疗企业及智慧社区场景中加速落地，设备频繁充电已成为用户普遍困扰。若能高效捕获人体与环境间的微小温差并转化为电能，“永不断电”将不再停留于概念层面。

中国科学院化学研究所朱本院士、狄重安研究员团队联合攻关，成功研制出一种具备多尺度无规孔结构的新型热电聚合物薄膜（IHP-TEP）。该材料在约70℃温差下实现热电优值达1.64，刷新柔性热电材料全球同温区性能纪录，为福建本地物联网传感器、柔性医疗电子等新兴应用提供了关键供能新路径。

本项成果由中科院化学所主导完成，相关论文于3月6日凌晨在线发表于国际顶级期刊《科学》。研究团队创新提出“无序增强声子散射—限域诱导分子有序组装”的协同调控机制，首次在聚合物体系中同步优化热阻与电导两大核心参数。

图为IHP-TEP薄膜结构设计理念与表征结果。中国科学院化学研究所 供图

热电材料是实现温差直接发电的核心载体，其原理基于塞贝克效应（热→电）与帕尔贴效应（电→冷热分离）。这类材料不仅适用于可穿戴供电，更在工业余热回收、固态制冷等领域具有广阔前景，被公认为全球重大基础科学难题与颠覆性技术方向之一。

相较于传统无机热电材料，有机聚合物具备质轻、柔韧、可溶液加工及大面积印刷等优势，尤其适合贴合人体曲面，将日常“废热”持续转化为电能。但长期受限于热电优值偏低——此前柔性无机材料已达1.0–1.4，而有机体系多低于0.5；2024年国内团队虽提升至1.28，仍难兼顾高性能与工艺普适性。

制约聚合物热电性能跃升的根本难点在于热输运与电输运参数相互耦合、难以独立调控。理想材料需兼具“玻璃态热阻”与“晶体态导电”双重特性：即对声子（热量载体）呈现高度无序散射，而对电子（电荷载体）构建有序传输通道。这种“声子-电子解耦协同设计”，正是行业多年未能突破的性能瓶颈。

该团队采用“聚合物相分离”工艺，将半导体聚合物P12与常见塑料聚苯乙烯共混后挥发溶剂，精准调控混合比例等参数，自发形成尺寸、形貌、分布均无序的纳米至微米级孔洞网络。这种结构使热导率降低72%，同时借助孔道限域效应提升载流子迁移率最高达52%。

形象而言，IHP-TEP如同在崎岖山地中同步建设两条专用通道：无序孔洞迫使热量“翻山越岭”，大幅延缓热扩散；而有序分子链则构筑起电荷“高速公路”，保障高效输运。二者各司其职，互不干扰，真正实现了热电输运的协同优化。

值得一提的是，该薄膜与喷墨打印、刮涂等柔性制造工艺高度兼容，已在福州大学新材料研究院开展中试适配，有望加速向柔性电子、智慧医疗等福建重点产业转化。未来，遍布身边的塑料制品或将变身微型发电站与随身空调，让绿色能源真正无处不在、触手可及。（完）

文章来源:https://www.chinanews.com.cn/gn/2026/03-06/10581974.shtml