在智能手表、健康監(jiān)測貼片等可穿戴設(shè)備日益普及的今天，頻繁充電的困擾始終如影隨形。若能借助體溫與環(huán)境溫差實(shí)現(xiàn)發(fā)電，這些設(shè)備將有望擺脫電源束縛，實(shí)現(xiàn)“永不斷電”的愿景。近日，一項(xiàng)突破性研究為這一目標(biāo)帶來了關(guān)鍵進(jìn)展——科研團(tuán)隊(duì)成功研制出一種具有不規(guī)則多級孔結(jié)構(gòu)的塑料熱電薄膜，其核心性能指標(biāo)熱電優(yōu)值達(dá)到1.64，刷新了柔性熱電材料在同溫區(qū)的性能紀(jì)錄。

熱電材料被譽(yù)為“能量魔術(shù)師”，其獨(dú)特之處在于能夠直接將熱能與電能相互轉(zhuǎn)換。全球每年超過60%的能源以廢熱形式散失，若能有效回收利用，將產(chǎn)生巨大的節(jié)能減排效益。柔性熱電材料因兼具柔韌性與可彎折性，可貼附于人體、衣物等曲面，在無聲無息中將周圍廢熱轉(zhuǎn)化為電能，成為物聯(lián)網(wǎng)傳感器、可穿戴發(fā)電設(shè)備等領(lǐng)域的理想材料。然而，理想的柔性熱電材料需同時(shí)滿足高電導(dǎo)率與低熱導(dǎo)率，這一矛盾特性長期制約著其發(fā)展。

傳統(tǒng)聚合物熱電材料因性能瓶頸，熱電優(yōu)值長期徘徊在0.5以下，遠(yuǎn)低于國際報(bào)道的高性能柔性無機(jī)熱電材料（1.0-1.4）。2024年，研究團(tuán)隊(duì)曾將聚合物熱電材料的熱電優(yōu)值提升至1.28，但仍未突破柔性無機(jī)材料的性能上限，成為制約其實(shí)用化的關(guān)鍵難題。此次突破源于團(tuán)隊(duì)提出的“無序-有序”協(xié)同調(diào)控理念：通過構(gòu)建“多孔無序-狹道有序”的雙重結(jié)構(gòu)，在材料中同時(shí)實(shí)現(xiàn)熱量傳遞的阻礙與電子傳輸?shù)臅惩ā?/p>

從微觀結(jié)構(gòu)看，這種材料如同布滿孔洞的海綿，孔徑從5.9納米到1.8微米不等，形狀各異且分布無序；而納米級孔隙則像精密模具，引導(dǎo)聚合物分子排列成高度有序的通道。這種設(shè)計(jì)巧妙地利用了物理特性：無序孔洞迫使熱量“翻山越嶺”，大幅降低熱導(dǎo)率；有序分子通道則保障電子“高速通行”，提升電導(dǎo)率。研究團(tuán)隊(duì)通過“聚合物相分離”方法制造該結(jié)構(gòu)——類似油水混合后自然分離的過程，聚合物在狹小空間中被“擠壓”形成有序排列，最終實(shí)現(xiàn)孔洞無序與分子有序的協(xié)同。

制備工藝的簡化是另一大亮點(diǎn)。此前，高性能柔性熱電材料需重復(fù)制備100次才能成型，而新技術(shù)兼容噴涂工藝，可像噴漆一樣一次完成，為大規(guī)模生產(chǎn)鋪平道路。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示，該熱電塑料薄膜的熱導(dǎo)率降低72%，載流子遷移率提升52%，熱電優(yōu)值達(dá)1.64，創(chuàng)造了同類材料的世界紀(jì)錄。

這項(xiàng)技術(shù)的直接應(yīng)用場景是可穿戴設(shè)備的自供電。人體與環(huán)境間5-10℃的溫差，足以讓熱電薄膜產(chǎn)生可觀電能。更令人期待的是，其與噴涂工藝的兼容性使未來大規(guī)模、低成本制造成為可能——想象一下，未來衣物面料中嵌入這種材料，穿在身上即可化身移動(dòng)電源；物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代，數(shù)以億計(jì)部署在建筑外墻、野外環(huán)境的傳感器，無需更換電池，僅憑溫差就能持續(xù)工作。有機(jī)材料的柔性特性更使其可貼附于各種曲面，極大拓展了應(yīng)用邊界。

長期以來，科學(xué)界認(rèn)為在弱相互作用主導(dǎo)的有機(jī)材料中，難以實(shí)現(xiàn)電-熱輸運(yùn)的協(xié)同調(diào)控。而此次研究突破了這一限制，推動(dòng)聚合物熱電材料邁入實(shí)用化階段，為能源回收與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展提供了全新解決方案。