中国科研团队研制多级孔柔性热电薄膜刷新纪录 为可穿戴自供电与贴片制冷夯实材料基础

在全球能源转型与技术革新的关键时期,中国科学家在功能材料领域取得重大突破。

中国科学院化学研究所朱道本院士与狄重安研究员领衔的团队,通过创新性设计多级孔结构,实现了柔性热电材料性能的跨越式提升。

这项研究成果不仅解决了长期困扰学界的科学难题,更为下一代绿色能源技术开辟了新路径。

传统热电材料面临的核心矛盾在于:高效能量转换需要材料同时具备优异的导电性与绝热性。

对于聚合物材料而言,分子有序排列可提升导电性,却会导致热导率升高;而无序结构虽能抑制热传导,又会阻碍电荷传输。

研究团队创造性提出"孔洞调控"策略,在聚合物中构建不规则多级孔网络——杂乱分布的宏观孔洞有效散射声子降低热导率,而微观狭窄通道则迫使载流子定向排列提升电导率。

这种"分而治之"的设计使材料热导率降低72%,电导率反增52%,最终在70摄氏度工况下取得1.64的热电优值,较同类柔性材料性能提升超40%。

该技术的产业化潜力尤为突出。

相较于传统刚性热电材料需要高温高压加工的局限,新型薄膜可采用溶液法直接喷涂成型,其柔性特质更适用于曲面基底。

这意味着未来可规模化生产自供电智能织物、医疗监测贴片等产品。

据测算,基于该材料制作的1平方米穿戴设备在人体温差环境下可产生约5毫瓦电力,足以支撑低功耗传感器持续工作。

材料科学的这一突破具有多重战略意义。

从技术层面看,它打破了国外在高端柔性热电材料领域的专利壁垒;从应用角度而言,为物联网终端设备、移动医疗等领域提供了免维护供电方案;更深远的影响在于,其设计理念为其他功能材料的性能优化提供了范式参考。

业内专家指出,随着后续工艺优化和产业协同,预计3至5年内可实现示范应用。

从实验室的科学发现到产业化的技术应用,往往需要跨越漫长的转化周期。

这项成果的价值不仅在于创造了新的性能纪录,更在于为可穿戴自供电技术的实用化扫清了关键障碍。

随着材料科学与信息技术的深度融合,以人体温差驱动的智能设备、无需外接电源的医疗监测贴片等创新应用有望加速走向市场。

这既是科技创新服务民生需求的生动体现,也昭示着绿色能源技术正以更加多元的形态融入日常生活,为实现碳达峰碳中和目标提供新的技术路径。