2024年3月6日,中国科学院化学研究所的朱道本院士与狄重安研究员领衔的团队在《Science》期刊上公布了重大突破。他们巧妙地运用“无序中创造有序”的策略,给聚合物薄膜注入了一种独特的不规则多级孔结构,这种新型材料被称为IHP-TEP。这项研究把废热变电能的技术向前推进了一大步。这种薄膜通过“声子玻璃-电子晶体”模型,成功解决了热电材料中的关键难题。材料内部的纳米孔洞就像崎岖的山地,能迫使热量翻山越岭,大幅降低热导率72%,而有序的分子通道又如同高速公路,保障电荷畅通无阻,让载流子迁移率提升52%。这些改变让材料在343K的温度下,核心指标热电优值达到了1.64,刷新了柔性热电材料的世界纪录。 研究团队采用聚合物相分离的方法制备这种结构。他们把PDPPSe-12和PS混合均匀后,在溶剂挥发的过程中发生分离。通过调整比例和参数,就能精确控制孔洞的大小和分布。这种方法还能与喷涂技术兼容,非常适合大面积柔性发电。相比之下,柔性无机材料的zT值大多在1.0到1.4之间,而之前有机材料的zT值通常不到0.5。这项技术把zT值从1.28提升到1.64,虽然没能完全超越无机材料的最好成绩,但突破了聚合物热电性能的瓶颈。 随着智能手表和健康监测贴片等可穿戴设备的普及,频繁充电成了一个大问题。如果能利用体温和环境温差发电,就能实现“永不断电”。这也正是热电材料的用武之地。它们能把热能直接转换成电能(塞贝克效应),或者通过通电让一端变热另一端变冷(帕尔贴效应)。这在废热回收和固态制冷领域都有广阔的应用前景。 未来我们身边的塑料制品都有可能变成微型发电站或者贴身空调。废弃的热量将不再被浪费,绿色能源也将无处不在。人民网的报道指出,这次研究成果来自中国科学院化学研究所。