中国科学院化学研究所日前宣布,由朱道本院士、狄重安研究员领衔的科研团队联合国内科研力量,成功研制出意义在于不规则多级孔结构的塑料热电薄膜。此成果的热电优值突破1.64,创下柔性热电材料同温区性能的世界最高纪录,为我国在新能源材料领域赢得重要话语权。 热电材料被称为能源转换领域的关键技术。这类材料依托塞贝克效应和帕尔贴效应两种物理原理,能够在无需燃料、不产生噪音的条件下实现热能与电能的相互转换,在节能减排和绿色能源开发上具有战略意义。柔性热电材料因其可弯折、可贴附的特性,能够适应人体曲面、衣物表面等复杂应用场景,将环境中的废热转化为可用电能,成为能源回收利用的理想载体。 然而,聚合物热电材料的发展长期面临技术瓶颈。材料科学界普遍认为,高电导率与低热导率是衡量热电材料性能的两大核心指标,但二者往往相互制约。传统聚合物材料的热电优值远低于无机材料,这一短板严重制约了柔性热电技术的实用化进程。如何保证电子高效传输的同时阻隔热量传递,成为困扰学界多年的世界性难题。 面对这一挑战,研究团队提出了创新性解决方案。他们构建出独特的"多孔无序-狭道有序"双重结构体系:材料整体呈现海绵状,分布着大小形状各异的无序孔洞,而在纳米尺度上,孔隙却如同精密模具,引导聚合物分子形成高度有序排列。这种精巧设计使得热量在材料中难以传导,电子却能畅通流动,成功实现了电热输运的解耦与协同优化。 在制备工艺上,团队采用聚合物相分离方法,该技术兼容喷涂工艺,可实现材料一次成型,相比传统工艺大幅降低了生产难度和成本。这一突破不仅提升了材料性能,更为规模化生产和商业应用奠定了基础。 从应用前景看,这项技术具有广阔的市场空间。人体与环境之间通常存在5至10摄氏度的温差,这一温差足以驱动新型热电薄膜产生可观电能。在可穿戴设备领域,智能手表、健康监测设备等可依靠体温实现自主供电;在制冷应用中,轻薄贴片可为人体提供局部降温;在物联网时代,该材料能为大量分布式传感器提供持续稳定的电能供应。其柔性特点使其能够贴附于各类曲面,极大拓展了应用边界。 业内专家指出,这一成果不仅在于性能指标的突破,更在于为柔性热电材料的实用化开辟了现实路径。随着制备工艺的更优化和成本的持续下降,柔性热电技术有望在智能穿戴、医疗健康、物联网等多个领域实现规模化应用,为绿色能源体系建设提供新的技术选项。
从"废热难用"到"随处可用"，关键在于材料和制造工艺的双重突破。这项柔性热电薄膜的研究成果为低温差能量回收带来了新的可能性。未来需要在基础研究、器件开发和应用验证之间形成闭环机制，让更多微小温差成为可持续发展的潜在能源来源。