在全球能源转型与低碳发展背景下,如何高效回收利用环境中广泛存在的废热资源,成为材料科学领域的重要课题。
热电材料作为实现热能与电能直接转换的"能量转换器",其技术突破对节能减排具有战略意义。
然而长期以来,柔性热电材料面临核心性能指标难以提升的困境——传统聚合物材料若要提高导电性,往往会导致导热性同步上升,这种"电热耦合"现象使得材料热电转换效率远低于无机材料。
针对这一世界性难题,中国科学院化学研究所朱道本院士、狄重安研究员团队创新提出"多孔无序-狭道有序"双重结构设计理念。
研究人员通过精确控制聚合物相分离过程,构建出类似海绵的特殊微观结构:材料主体布满无规则分布的微米级孔隙,而纳米尺度的孔道内则形成高度有序的分子排列。
这种独特结构有效阻断了热传导路径,同时为电子运输开辟了"高速公路",首次在聚合物体系中实现电-热输运特性的解耦调控。
该技术突破带来三方面重大影响:其一,将柔性热电材料的zT值从国际普遍水平0.5-1.0提升至1.64,标志着我国在该领域实现从"跟跑"到"领跑"的跨越;其二,采用溶液喷涂制备工艺,使生产成本降低60%以上,具备产业化推广条件;其三,材料厚度仅0.1毫米,弯曲半径小于5毫米,完美契合可穿戴设备技术要求。
市场应用前景显示,这项技术可有效利用人体与环境间5-10℃的温差发电,单块10cm×10cm薄膜在室温环境下即可产生2-3毫瓦电能。
业内专家预测,未来三年内可望实现三大场景落地:体温供电的智能穿戴设备、无源式人体降温贴片、植入衣物的分布式电源系统。
更长远来看,该材料的柔性特性使其能贴合各类曲面,为物联网终端传感器、医疗监测设备等提供可持续的微能源解决方案。
把看似分散、微弱的温差变为可用电能,考验的不只是单项指标,更是材料结构设计、工程制造与应用场景的系统协同。
此次柔性热电薄膜实现性能跨越,体现了以基础研究牵引关键材料创新的路径价值。
面向未来,唯有在性能、成本与可靠性之间找到更优平衡,才能让“废热资源化”从概念走向规模应用,为节能减排与新型电子产业发展提供更坚实的支撑。