科学家们正在使用一种“无序多孔”结构，试图把垃圾变成宝贝，这就是中国科学院化学研究所朱道本院士和狄重安研究员团队的创新想法。在2024年3月6日，他们联合其他国内研究人员在《Science》上发布了重要成果。这种不规则的多级孔结构新型热电聚合物薄膜（IHP-TEP），在343K温度下表现优异，zT值达到了1.64，创造了同温区的世界纪录。 智能手表和健康监测贴片等穿戴设备已经很普及了，不过经常要充电是个大问题。如果能把体温和环境温差转换成电能，那么这些设备就能永不断电了。热电材料就像人体的“发电站”，利用塞贝克效应直接把热能变成电能，帕尔贴效应让它通电后一端热一端冷。这对废热回收和固态制冷有很大帮助。 有机热电材料很柔软又能加工成溶液，随便贴在曲面上就能利用废热发电。不过长期以来，聚合物热电材料的性能总是比不上无机材料。无机材料的zT值可以达到1.0到1.4，而聚合物大多在0.5以下。去年科学家们把它提升到了1.28，但还不够强，而且制作过程复杂。 要让聚合物热电材料更好用，需要解决各个性能参数相互牵制的问题。理想的材料就像“声子玻璃-电子晶体”，既要像玻璃那样乱成一团来挡住热量，又要像晶体那样有序排列让电荷通行无阻。这个问题难就难在电和热的输运要一起调才行。 朱院士团队的IHP-TEP有个新机制：“无序孔增强声子散射”加上“限域增强有序组装”。薄膜里面布满了各种形状和大小的纳米到微米级孔洞。这些孔能把热量挡住，让它“翻山越岭”寸步难行；同时这些孔也限制了分子运动，让它们整齐排列起来。这样一来电荷就能像高速公路上的车一样畅通无阻。 他们用“聚合物相分离”的办法来做这个结构：把PDPPSe-12和PS两种溶液混合在一起溶剂挥发时就会分开成不同的区域。通过控制比例和条件就能控制孔的数量、大小和分布。这个结构让热导率降低了72%，电荷迁移率提高了52%，所以zT值达到了1.64。 这次研究打破了过去电和热难以协同优化的老问题，给柔性热电材料找到了新路子。以后也许我们身边的每件塑料制品都会变成微型发电站或者贴身空调呢。