據中國科學院官網信息，其化學研究所研究團隊近日成功開發(fā)出一種具有不規(guī)則多級孔結構的柔性熱電塑料薄膜。該成果已正式發(fā)表在國際頂級學術期刊《Science》上。這項技術能夠直接將環(huán)境溫差（如人體熱量）轉化為電能，且全過程無污染、無噪音，為可穿戴設備、物聯網傳感器及貼附式制冷技術提供了關鍵的材料支撐。

據統計，全球每年有超過60%的能源最終以“廢熱”的形式散失到環(huán)境中。如何高效回收這些熱能，一直是能源領域的難題。熱電材料被譽為“能量魔術師”，能夠實現熱能與電能的直接轉換。然而，傳統的熱電材料往往質地堅硬、易碎，難以應用于人體或曲面設備。

理想的柔性熱電材料需要同時滿足兩個看似矛盾的條件：既要像晶體一樣擁有高電導率，以保證電荷高效傳輸；又要像玻璃一樣擁有低熱導率，以阻止熱量快速流失從而維持溫差。科學界將這一目標稱為“聲子玻璃—電子晶體”模型。長期以來，受限于有機材料弱相互作用的特性，這一目標極難實現。

中科院團隊創(chuàng)新性提出了“無序—有序”協同調控理念，成功破解了這一難題。

圖源：Science

該團隊采用“聚合物相分離”方法制造上述結構，就像油和水混合后會自然分離一樣，研究人員將兩種高分子材料溶解混合，在溶劑揮發(fā)過程中，兩種聚合物通過分相自然“分家”。通過精確控制條件（比如聚合物的配比等），科研人員能精確調控孔洞的大小、數量和分布。相分離過程中導電聚合物被“擠壓”在狹小空間里，但這種“限域效應”反而促進了分子的有序排列，就像人群在狹窄通道中會自然排成整齊隊列。由此，孔洞的無序和分子的有序就同時實現了。

這種類似海綿的結構發(fā)揮了雙重作用：一方面，無序的孔洞迫使負責傳遞熱量的微觀振動（聲子）不斷“翻山越嶺”，使熱導率大幅降低72%，僅為0.16W·m-1·K-1，有效鎖住了熱量；另一方面，孔洞內部的狹小空間產生了“限域效應”，迫使聚合物分子排列得更加緊密整齊，如同人群在狹窄通道中自然排成隊列，從而構建出高效的電荷傳輸通道，使電子遷移率最高提升52%。

數據顯示，在約70°C的條件下，這種名為IHP-TEP的新型薄膜熱電優(yōu)值（zT）達到了創(chuàng)紀錄的1.64。這不僅超越了此前聚合物材料1.28的世界紀錄，甚至優(yōu)于部分柔性無機材料，實現了聚合物熱電材料zT>1.5的歷史性跨越。

除了性能卓越，該材料的制備工藝也極具商業(yè)潛力。與此前高性能柔性材料需要復雜、重復上百次的工藝不同，新技術兼容簡單的噴涂工藝。研究人員表示，這種薄膜可以像噴漆一樣一次成型，也可以像印刷報紙一樣進行大面積、低成本的大規(guī)模生產。

這意味著，未來這種材料可以被直接織入衣物面料，成為隨身的“移動電源”；或者制成超薄貼片，為醫(yī)療監(jiān)測設備、智能穿戴產品提供源源不斷的綠色電力。

中科院化學所的這一突破，不僅加深了學界對軟物質材料熱電轉換規(guī)律的認知，更建立了一套清晰的研究路線圖。