3月6日凌晨,中国科学院化学研究所的朱道本院士和狄重安研究员联手国内团队,在《科学》杂志上发表了一项关于柔性热电材料的重大研究成果。这项研究给曾经只是想象中的未来科技场景带来了实质性的进展。在这个最新的研究中,团队提出了一种新策略:在无序中创造有序。通过这个策略,他们开发出了一种名为IHP-TEP的新型热电聚合物薄膜。这种薄膜内部布满了大小不一、形状各异的纳米级孔洞,这些孔洞就像是崎岖山路中的高速公路,热量很难穿过它们,而电荷却能畅通无阻地流动。这个设计把热导率降低了72%,同时把载流子迁移率提高了52%,创下了柔性热电材料同温区的世界纪录。 随着智能手表和健康监测贴片等可穿戴设备越来越普及,频繁充电成为了这些电子设备的一个共同痛点。如果能够利用体温和环境温差发电,就有望让这些设备实现永不断电。这次研究把热电优值(zT值)提升到了1.64,这个数值在343K的温度下创下了新的纪录。这种技术不仅可以让衣服变成随身电源,还有望解决智能手表等设备的充电问题。 热电材料是实现这一目标的关键。它们能把热能直接转化为电能。这个特性使得高性能热电材料在废热回收和固态制冷等领域有着广阔的应用前景。中国科学院化学研究所的研究人员狄重安介绍说:“理想的热电材料要符合‘声子玻璃-电子晶体’模型。”这意味着材料要像玻璃一样让声子寸步难行,同时像晶体一样让电荷畅通无阻。 过去有机热电材料一直落后于无机材料。这次研究团队用他们开发出的IHP-TEP薄膜成功地解决了这个难题。这种薄膜内部布满不规则的多级孔结构,成功实现了电-热输运的解耦和协同提升。团队还进一步实现了对孔洞大小、数量和分布的精细调控。这让IHP-TEP结构成为国际上柔性无机热电材料同温区性能的纪录保持者。