中國(guó)科學(xué)家研制出新型熱電聚合物薄膜 助力電子設(shè)備“永不斷電”

　　中新社北京3月6日電 (記者 孫自法)隨著可穿戴電子設(shè)備的廣泛普及與應(yīng)用，人們對(duì)其實(shí)現(xiàn)“永不斷電”持續(xù)工作的愿望日益強(qiáng)烈。

　　中國(guó)科學(xué)家最新提出“無(wú)序中創(chuàng)造有序”新策略，并研制出一種具有不規(guī)則多級(jí)孔結(jié)構(gòu)的新型熱電聚合物薄膜(IHP-TEP)，該柔性熱電材料有望使電子設(shè)備“永不斷電”的愿望成為現(xiàn)實(shí)，其核心性能指標(biāo)熱電優(yōu)值還創(chuàng)造了柔性熱電材料性能的同溫區(qū)世界紀(jì)錄。

　　這項(xiàng)高性能聚合物熱電材料研制取得的重要進(jìn)展，由中國(guó)科學(xué)院化學(xué)研究所朱道本院士、狄重安研究員團(tuán)隊(duì)與合作者共同完成，相關(guān)成果于北京時(shí)間6日凌晨在國(guó)際學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)》上線(xiàn)發(fā)表。

　　本項(xiàng)研究研制出一種具有不規(guī)則多級(jí)孔結(jié)構(gòu)的新型熱電聚合物薄膜，圖為該結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)思想與表征結(jié)果。(中國(guó)科學(xué)院化學(xué)研究所供圖)

　　隨著智能手表、健康監(jiān)測(cè)貼片等可穿戴電子設(shè)備的普及，頻繁充電成為這些設(shè)備的共同痛點(diǎn)。若能利用體溫和各種環(huán)境溫差發(fā)電，則有望實(shí)現(xiàn)電子設(shè)備“永不斷電”。而熱電材料是達(dá)成這一目標(biāo)的關(guān)鍵材料，它可實(shí)現(xiàn)熱能-電能的直接相互轉(zhuǎn)換。

　　有機(jī)熱電材料兼具本征柔性與可溶液加工特性，可貼附于多種曲面，將人體熱或環(huán)境的“廢熱”持續(xù)轉(zhuǎn)化為電能。與傳統(tǒng)的無(wú)機(jī)熱電材料相比，聚合物材料具有質(zhì)輕、柔性好、可大面積印刷等顯著優(yōu)勢(shì)。

　　因此，高性能聚合物熱電材料在廢熱回收、固態(tài)制冷等領(lǐng)域具有廣闊應(yīng)用前景，尤其適用于可穿戴設(shè)備、物聯(lián)網(wǎng)傳感器等新型電子產(chǎn)品的自供電需求，也被認(rèn)為是國(guó)際重大科學(xué)難題和顛覆性技術(shù)之一。

　　在本項(xiàng)研究中，團(tuán)隊(duì)研制出具有不規(guī)則多級(jí)孔結(jié)構(gòu)的熱電聚合物薄膜，并建立相關(guān)協(xié)同調(diào)控新機(jī)制。該材料內(nèi)部布滿(mǎn)尺寸各異、形狀不一、分布無(wú)序的納米至微米級(jí)孔洞。這一結(jié)構(gòu)可有效抑制熱傳導(dǎo)，顯著提升電荷輸運(yùn)性能。

　　形象而言，該結(jié)構(gòu)如同在崎嶇山地中修建高速公路：無(wú)序孔洞迫使熱量“翻山越嶺”寸步難行，而有序分子通道則保障電荷“高速通行”，兩者各司其職，互不干擾，成功實(shí)現(xiàn)電-熱輸運(yùn)的解耦和協(xié)同提升。

　　研究團(tuán)隊(duì)稱(chēng)，新型熱電聚合物薄膜的獨(dú)特結(jié)構(gòu)采用“聚合物相分離”方法構(gòu)建，可協(xié)同調(diào)控使熱導(dǎo)率降低72%。同時(shí)，該結(jié)構(gòu)與噴涂技術(shù)相兼容，在大面積柔性發(fā)電方面具有重要應(yīng)用潛力。

　　這項(xiàng)最新研究打破了聚合物熱電材料電荷輸運(yùn)與聲子散射難以協(xié)同優(yōu)化的傳統(tǒng)局限，為柔性熱電材料領(lǐng)域提供了新的發(fā)展路徑。未來(lái)，隨著相關(guān)技術(shù)的持續(xù)發(fā)展，人們身邊的“塑料”制品都有可能成為微型發(fā)電站和貼身空調(diào)，讓廢棄熱量成為寶貴資源，使綠色能源無(wú)處不在，觸手可及。(完)