长期以来,柔性热电材料的发展面临一个关键挑战:如何在保持高电导率的同时降低热导率,以实现高效的热电转换性能。传统聚合物热电材料往往因两种性能相互制约,导致热电优值(zT值)难以突破,严重阻碍了其应用推广。 针对此难题,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科研团队创新性地提出“多孔无序-狭道有序”双重结构设计。该结构使材料整体呈现海绵状,分布着大小不一的无序孔洞,而纳米级孔隙则引导聚合物分子形成高度有序排列。这种设计既有效阻碍了热量的传递,又保证了电子的顺畅传输,从而实现了热电性能的明显提高。 在制备工艺上,研究团队采用“聚合物相分离”方法结合喷涂技术,实现了材料的一次成型,不仅简化了生产流程,还大幅降低了成本。实验数据显示,该新型热电塑料薄膜的zT值突破1.5,达到1.64,创造了柔性热电材料的世界新纪录。这一突破标志着聚合物热电材料向实用化迈出了关键一步。 柔性热电材料因其可弯曲、易贴合的特性,能够紧密附着在人体或复杂曲面上,将废热转化为电能。例如,未来智能手表可能仅靠体温即可充电;轻薄贴片可贴在皮肤上提供清凉效果;甚至可编织进衣物,成为“移动电源”。此外,该材料还可为物联网传感器提供持续电力,并适用于各种曲面设备,应用前景广阔。
解决电输运与热阻隔的矛盾是柔性热电材料实用化的关键。通过多级孔结构实现性能突破的研究表明,结合材料设计与制造工艺的创新,普通塑料薄膜有望转变为高效的能量转换器件。在低碳转型背景下,如何将分散的废热转化为可用电能,值得持续探索和推进。