在可穿戴設(shè)備與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)快速發(fā)展的背景下，柔性能源轉(zhuǎn)換與便攜式制冷技術(shù)成為產(chǎn)業(yè)界關(guān)注的焦點(diǎn)。其中，柔性熱電器件因其能將人體或環(huán)境中的熱能轉(zhuǎn)化為電能，并具備逆向制冷功能，被視為解決相關(guān)需求的核心技術(shù)。有機(jī)熱電材料憑借其天然柔性和溶液加工特性，成為柔性熱電領(lǐng)域的重要研究方向，但長(zhǎng)期受制于性能不足與制備工藝復(fù)雜等難題。科研人員通過分子層面的創(chuàng)新設(shè)計(jì)，成功突破這一瓶頸，為有機(jī)熱電材料的實(shí)用化開辟了新路徑。

中國(guó)科學(xué)院化學(xué)研究所的科研團(tuán)隊(duì)聯(lián)合多家單位，提出了一種名為"不規(guī)則多級(jí)孔熱電聚合物"（IHP-TEP）的新型材料體系。該材料通過精準(zhǔn)調(diào)控兩種聚合物的相分離過程，形成了獨(dú)特的"多孔無(wú)序-狹道有序"微觀結(jié)構(gòu)：孔徑范圍覆蓋亞10納米至微米級(jí)，呈現(xiàn)無(wú)序分布特征；而孔壁區(qū)域則形成高度有序的分子排列。這種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)巧妙地平衡了熱電材料對(duì)無(wú)序性與有序性的矛盾需求——無(wú)序孔結(jié)構(gòu)有效阻礙熱振動(dòng)傳播，有序分子通道則大幅提升電荷傳輸效率。

實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示，該材料在熱導(dǎo)率控制方面取得突破性進(jìn)展。多級(jí)孔結(jié)構(gòu)通過聲子-邊界散射、聲子-聲子相互作用及尺寸效應(yīng)的協(xié)同作用，使熱導(dǎo)率降低達(dá)72%。與此同時(shí)，相分離產(chǎn)生的限域效應(yīng)增強(qiáng)了分子組裝的有序性，載流子遷移率提升最高達(dá)52%。優(yōu)化后的薄膜材料在343K時(shí)功率因子達(dá)到772 μW·m?1·K?2，ZT值（熱電優(yōu)值）突破1.64，創(chuàng)下聚合物熱電材料性能新高。更值得關(guān)注的是，這種材料可通過噴涂工藝實(shí)現(xiàn)大面積制備，為低成本柔性熱電器件的規(guī)模化生產(chǎn)奠定了基礎(chǔ)。

該研究團(tuán)隊(duì)此前提出的"多周期異質(zhì)組裝"理念已實(shí)現(xiàn)熱電性能的顯著提升，但存在參數(shù)協(xié)同優(yōu)化困難的問題。此次突破性進(jìn)展源于"無(wú)序中創(chuàng)造有序"的創(chuàng)新思路，通過雙重調(diào)控機(jī)制——利用無(wú)序孔增強(qiáng)聲子散射，同時(shí)借助限域效應(yīng)促進(jìn)分子有序組裝，成功實(shí)現(xiàn)了電荷輸運(yùn)與聲子散射的解耦調(diào)控。這種材料設(shè)計(jì)策略不僅突破了分子材料本征性能的限制，更為熱電塑料及其柔性器件的持續(xù)發(fā)展提供了全新范式。

相關(guān)研究成果已發(fā)表于國(guó)際頂級(jí)學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)》（Science），論文DOI: 10.1126/science.adx9237。該研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金委、中國(guó)科學(xué)院及北京市的資助，并獲得中國(guó)科學(xué)院化學(xué)研究所懷柔研究中心的技術(shù)支持。