中国科研团队突破柔性热电材料性能瓶颈 新型聚合物薄膜刷新同温区纪录

能源转型与绿色发展的时代背景下,高效能源转换技术成为全球科研攻关的重点方向;近日,我国科学家在该领域取得重要进展,为柔性热电材料的实际应用开辟了新路径。 长期以来,热电材料研究面临一个关键科学难题:如何同时实现高电导率和低热导率。理想的柔性热电材料需要兼具晶体的导电特性和玻璃的隔热特性,这一被称为"声子玻璃-电子晶体"的矛盾特性制约着该领域的发展。传统热电材料往往难以兼顾这两上性能,导致能量转换效率难以突破。 针对这一世界性难题,中国科学院化学研究所朱道本院士、狄重安研究员领衔的科研团队创新性地提出了"无序中创造有序"的研究策略。通过构建具有不规则多级孔结构的热电聚合物薄膜(IHP-TEP),研究人员成功实现了电-热输运的解耦和协同调控。这种材料内部布满尺寸各异、形状不一、分布无序的纳米至微米级孔洞,能够有效增强多重声子散射,显著抑制热传导;同时,纳米孔道的限域效应促使聚合物分子有序组装,大幅提升电荷输运性能。 实验数据显示,该材料343K温度下热电优值达到1.64,这一性能指标不仅创下了柔性热电材料的同温区纪录,甚至超越了部分无机热电材料的表现。更值得关注的是,该材料与喷涂技术具有良好的兼容性,这为其在大面积柔性发电领域的应用提供了重要基础。 从应用前景来看,这项突破性研究将可能带来多上的变革。可穿戴设备领域,未来智能手表等设备可能实现无需充电,仅靠体温与环境温差就能持续工作;在个人温控上,轻薄如纸的材料贴片有望成为便携式"空调";在工业领域,废弃热能的回收利用效率将得到显著提升。科研人员预测,随着技术的继续发展,普通塑料制品都可能被赋予能量转换功能。

将分散的低品位热能转化为电能,以更高效的方式实现温控,是能源利用向"就地转化"发展的重要方向;这项突破表明,面向绿色低碳需求,原创材料设计和制造工艺同样关键。让更多"隐形温差"成为可利用资源,可能是推动新能源技术普及的重要一步。