从实验室到万亿市场 胡志宇团队MEME热电芯片迈向能源效率市场

《科创板日报》12月29日讯（记者 陈俊清） “物理课本上的公式大多刻着外国人的名字，中国要实现颠覆性创新，就得从底层理论到核心技术都打上‘中国印’。” 上海交通大学张江高等研究院未来材料创制中心胡志宇教授在接受《科创板日报》专访时，手指向桌上一块手掌大小的芯片表示，“这块芯片上有超万个发电单元，厚度仅几个微米，却能把0.001K的微小温差变成电——这就是我们中国人自己的‘热的尺度效应’理论结出的果实。”

今年11月，由胡志宇领衔的微机电能源（MEME）热电芯片项目在 2025“创・在上海” 国际创新创业大赛中斩获团队组总冠军，该项目从7380支全球参赛团队中突围，以93.66分的高分登顶，这项深耕20年的原创成果，终于从实验室走向产业舞台中央。

多重技术壁垒 核心竞争力难以复制

“过去3-5度的温差变不成电，而我们的芯片可以将千分之一度的温差转化为电能。这意味着，人类将首次能够利用环境中无处不在的微小温差发电。” 胡志宇说道。

胡志宇认为，真正的颠覆性创新需要从基础理论做起，而他的热电芯片项目正是建立在自主提出的“热的尺度效应理论”基础上。

2005年，在美国工作的胡志宇，发现在纳米铂颗粒的催化剂作用下可实现“室温纳米催化燃烧—纳米火”——让他意识到“尺度”可能是解开热学难题的钥匙。

基于这一思路，胡志宇耗时20年，提出原创性的“热的尺度效应”理论，在微纳尺度下，热流呈现非经典行为，即使是0.001K的微小温差，若将其压缩到1微米空间内，也能构建出足以驱动电能输出的局部陡峭热梯度。这一发现彻底打破了传统热机技术对大温差的依赖瓶颈，为低品位热能的高效利用开辟了全新路径。

除“热的尺度效应”理论外，创新的材料体系构建了该项目第二个强大壁垒，据了解，项目摒弃了传统块体热电材料的局限，研发出纳米构建二维异质结构薄膜，调控热、电输运路径、提高热电转换效率，使该芯片的输出功率密度较同类结构提升1–2数量级。

与此同时，该项目在制造方面也取得突破，通过微纳加工工艺，该项目已实现规模化、低成本、批量制备。团队采用类似集成电路的生产方式制造芯片上的发电机，胡志宇说道，“我们要保证几万个单元同时制造得一样好，正如手机芯片对数十亿晶体管的一致性品控要求—— 每一个单元都必须达到完全相同的性能标准。”

在上海交大张江高等研究院的实验室里，《科创板日报》记者看到了MEME热电芯片的“诞生过程”：从纳米热电薄膜的制备，到晶圆级MEMS工艺的加工，再到高密度热电阵列的集成，每一步都蕴含着独家技术。

“工欲善其事，必先利其器。中国很多高端制造卡脖子，根源就在设备。我们从一开始就决定，核心设备必须自己造。”胡志宇教授在实验室参观时，指着MEME热电芯片生产设备介绍道。团队通过自主设计、集成创新，打造了全球独有的微纳热电芯片制造设备体系，实现从材料沉积到芯片集成的全流程自主可控。

相较于德国、日本、美国同类进口设备，该团队自研的生产设备的制造成本仅为其30%-40%。且设备软件算法均为团队自主开发，避免了进口设备的技术封锁与高昂维护费用，为后续规模化降本提供了空间。

胡志宇表示热电温差发电作为一种新兴的绿电技术，是国际研发热点，目前世界各国投入大量人力物力，国内外上千个团队进行热电研究，至今尚未获得根本性突破。

总的来看，MEME热电芯片依托原创“热的尺度效应”理论，构建了从微纳制造工艺、功能材料研发、热物理机理阐释到规模化量产技术的完整闭环技术体系。这一体系深度融合MEMS（微机电系统）、材料科学与能源物理三大核心学科，形成了覆盖基础研究、应用开发到产业化落地的全栈创新能力。作为突破传统热电技术瓶颈的颠覆性创新成果，

该项目核心成果前期已获得包括2024年R&D100“年度可持续创新者”在内的多项国际重大奖项。当前，项目已与多国科研机构与产业方建立合作框架，具备开展全球化技术落地与产业化推进的条件。

多领域兼容 市场空间广阔

尽管科学突破已经完成，但胡志宇清醒地认识到，从实验室到产业化还有很长的路要走。从商业化前景方面来看，微机电能源（MEME）热电芯片项目采用晶圆级MEMS制造工艺，具备可规模化、低成本、可产业化的工程优势，已在可穿戴、工业余热回收、智慧建筑、数据中心等领域展现广泛应用前景。

“目前技术无法有效利用微小温差发电，2030年全球工业余热回收市场规模超过1000亿美元。中国每年浪费的工业余热，相当于100个三峡大坝的年发电量。如果能回收10%，就相当于新建10个三峡——这就是我们的市场。” 胡志宇透露，该项目意向性订单已经超过20亿元，主要来自于发电厂。

芯片级散热是另一大应用方向。随着AI芯片功率密度不断提升，散热成为制约发展的瓶颈。胡志宇表示，“MEME热电芯片可以达到每毫米600度的降温梯度，能直接与CMOS芯片集成，解决高端芯片的散热问题。”

除此之外，MEME热电芯片项目的另一广阔市场在于传感器。“新能源汽车里60%的温度传感器依赖进口，高端仪器设备的传感器更是‘卡脖子’。”胡志宇介绍，MEME芯片的高灵敏度使其成为“天然传感器”—— 能分辨颜色、图像（通过光 - 热转化）、材质（通过材料与结构差异）、甚至声音（通过声场引发的机械振动转化为热扰动），“最关键的是，它不用电池，靠环境温差就能自供电，未来的物联网设备，可能再也不用换电池了。”

据介绍，MEME热电芯片项目团队规划了清晰的产业化路径，近期聚焦高附加值传感器市场，中期拓展芯片散热应用，长期目标是能源解决方案。“传感器单价高，适合初创公司起步。但我们最终要解决的是世界能源问题，市场规模可达100万亿级。”胡志宇表示。

在胡志宇看来，MEME热电芯片在全球能源与传感领域中属于“新赛道定义者”，而非参与传统竞争。当前全球尚无可在亚毫开尔温差下工作、可规模化制造、可大面积部署的同类技术路线。因此，MEME芯片构成新型零功耗能源技术的独立赛道，在能源、传感和智能系统中具备原创性与全球首创优势。

胡志宇表示，热电芯片技术将在这场能源革命中扮演重要角色。“我们已经证明了科学上的可行性，接下来要在商业上证明其可行性。这是一件可以改变世界的事情。”

目前，MEME热电芯片项目已获得多家一线投资机构的持续关注，收到多份4亿元估值的天使投资意向书。融资方面，胡志宇更看重战略协同而非单纯资金：“这是一件伟大的事，未来有望解决人类能源问题。我希望投资机构能与我们志同道合、风雨同舟、共创未来。”