隨著可穿戴設(shè)備和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的快速發(fā)展，柔性能源與便攜式制冷技術(shù)成為科技界關(guān)注的焦點。其中，柔性熱電器件因其能夠利用人體或環(huán)境中的熱能發(fā)電，并實現(xiàn)薄膜制冷功能，被視為滿足這些需求的關(guān)鍵技術(shù)之一。在眾多材料體系中，有機(jī)熱電材料因其本征柔性和可溶液加工特性備受關(guān)注，但長期以來受制于性能不足和加工工藝復(fù)雜等問題。

中國科學(xué)院化學(xué)研究所的科研團(tuán)隊在高性能有機(jī)熱電材料領(lǐng)域取得突破性進(jìn)展。研究團(tuán)隊通過化學(xué)原理調(diào)控分子組裝體的電熱輸運特性，成功開發(fā)出一種新型不規(guī)則多級孔熱電聚合物（IHP-TEP）材料。這種材料采用獨特的"多孔無序-狹道有序"結(jié)構(gòu)設(shè)計，在亞10納米至微米級尺度上形成多層次無序孔結(jié)構(gòu)，同時保持孔間區(qū)域的有序分子排列。實驗數(shù)據(jù)顯示，該結(jié)構(gòu)使熱振動傳播受到顯著抑制，載流子遷移率提升達(dá)52%，熱電性能實現(xiàn)質(zhì)的飛躍。

傳統(tǒng)熱電材料研究面臨"聲子玻璃-電子晶體"的理想模型困境，即需要同時滿足無序性和有序性的矛盾需求。研究團(tuán)隊此前提出的多周期異質(zhì)組裝理念雖取得成效，但仍存在參數(shù)協(xié)同優(yōu)化困難的問題。此次創(chuàng)新采用的"無序中創(chuàng)造有序"策略，通過發(fā)展雙重調(diào)控機(jī)制：一方面利用無序孔結(jié)構(gòu)增強聲子散射，另一方面通過限域效應(yīng)促進(jìn)分子有序組裝。這種設(shè)計使材料在保持電子傳輸特性的同時，將熱導(dǎo)率降低72%，功率因子達(dá)到772 μW·m?1·K?2的優(yōu)異水平。

在343K工作溫度下，該材料體系的ZT值達(dá)到1.64，刷新了聚合物熱電材料的性能紀(jì)錄。特別值得關(guān)注的是，這種多孔結(jié)構(gòu)薄膜可通過噴涂工藝實現(xiàn)大面積制備，為低成本柔性發(fā)電和制冷器件的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用開辟了新路徑。研究團(tuán)隊通過精確控制PDPPSe-12和PS兩種聚合物的相分離過程，成功構(gòu)筑出具有不同孔結(jié)構(gòu)特征的薄膜材料，系統(tǒng)驗證了聲子-邊界散射、聲子-聲子相互作用及尺寸效應(yīng)等多重散射機(jī)制。

這項發(fā)表于《科學(xué)》期刊的研究成果，不僅建立了電荷輸運與聲子散射解耦調(diào)控的新理論框架，更為熱電塑料及其柔性器件的持續(xù)突破提供了重要技術(shù)支撐。中國科學(xué)院化學(xué)研究所懷柔研究中心為該研究提供了關(guān)鍵的技術(shù)保障，相關(guān)成果在柔性電子、可穿戴能源等領(lǐng)域展現(xiàn)出廣闊的應(yīng)用前景。