塑料薄膜变“能量转换器” 我国科学家突破柔性热电材料技术

记者从中国科学院化学研究所获悉，该研究所朱道本院士、狄重安研究员团队联合国内合作者，成功研制出不规则多级孔结构塑料热电薄膜，其核心性能指标热电优值（zT值）突破1.64，创下柔性热电材料同温区性能世界纪录，为可穿戴设备、贴附式制冷、物联网传感器等技术发展提供关键材料支撑。

热电材料是能实现热能与电能相互转换的“能量魔术师”，基于两种基本物理效应：塞贝克效应和帕尔贴效应，就可以在无燃料、无噪音的情况下完成发电与制冷。因此在节能减排、绿色能源领域具有重要意义。

柔性热电材料兼具柔韧性和可弯折性，可以贴附在人体、衣物或任何曲面，悄无声息地将周围的“废热”转化为电能。其中柔性热电材料能贴合人体、曲面等场景，是回收利用废热的理想选择，但长期以来，聚合物热电材料始终面临“高电导率”与“低热导率”难以兼顾的难题，zT值远低于无机材料，成为实用化的关键瓶颈。

为破解这一“鱼与熊掌不可兼得”的困境，研究团队创新性地构建出独特的“多孔无序-狭道有序”双重结构。该材料整体像海绵般布满大小、形状各异的无序孔洞，纳米级的孔隙却能像模具一样，帮助聚合物分子形成高度有序的排列。这一结构让热量难以传递，电子传输却畅通无阻，成功实现了电-热输运的解耦和协同提升。

研究团队通过“聚合物相分离”方法制备该材料，兼容喷涂工艺可一次成型，相较此前技术大幅降低制备难度。这款新型热电塑料薄膜实现了聚合物热电材料zT值超1.5的历史性跨越，创造了柔性热电材料的世界纪录。

未来，该技术应用前景广阔，人体与环境存在5℃到10℃的温差就能让其产生可观电能，我们有望实现一些未来世界的应用场景，例如：我们戴着智能手表晨跑，仅靠体温就能给手表充电；在炎炎夏日，我们仅需一片轻薄如纸的贴片贴在皮肤上，就能给自己带来清凉；未来还能织入衣物成为“移动电源”。另外，凭借其低成本的制备优势，该技术还能在物联网时代为传感器提供持续电能，柔性特点更可使其贴附在各种曲面，大大拓展了应用场景。

此次突破不仅推动了聚合物热电材料迈入实用化门槛，更深化了我们对软物质材料热电转换规律的认知，为后续研究提供了清晰路线图。未来，普通的塑料有望变身微型发电站，让无处不在的废热成为宝贵能源。