体温就能充电：中国团队让柔性塑料热电性能逼近实用门槛

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晨跑时，智能手表靠体温持续供电；酷暑中，轻薄贴片贴肤即制冷。这些科幻场景正加速走进现实。中国科学院化学研究所团队近日在《科学》杂志发表成果，他们研制出具有不规则多级孔结构的塑料热电薄膜，让柔性热电材料的性能指标首次突破1.5的实用化门槛，创造了同温区世界纪录。

全球每年超过60%的能源以废热形式散失。热电材料堪称"能量魔术师"，它能无声无息地将热能转化为电能，无需燃料、无噪音、零排放。柔性热电材料更兼具柔韧性，可贴附人体或衣物，把体温和环境废热变成可用电力。

理想的热电材料需要同时扮演两种矛盾角色。它要具备晶体般的高电导率，让电荷高速通行；又要拥有玻璃般的低热导率，让热量寸步难行。科学界将这一目标概括为"声子玻璃—电子晶体"模型。过去，无机材料能达到这种平衡，但脆硬且有毒；有机材料虽柔软安全，性能却长期落后。

研究团队提出"无序—有序"协同调控理念，破解了这一矛盾。他们采用"聚合物相分离"技术，将两种高分子材料溶解混合。溶剂挥发时，两种聚合物像油水分离般自然"分家"，形成不规则多级孔洞结构。

这些无序孔洞如同崎岖山岭，迫使热量不断"翻山越岭"，热导率因此大幅降低72%，仅为0.16W·m⁻¹·K⁻¹。导电聚合物在相分离过程中被"挤压"进狭小空间，反而促进分子有序排列，形成电子"高速公路"。载流子迁移率最高提升52%，功率因子达到772μW·m⁻¹·K⁻²。

两种结构各司其职，互不干扰，成功实现了电—热输运的解耦和协同提升。

"热电优值"（zT）是衡量热电材料的核心指标，综合体现发电能力和隔热能力。长期以来，聚合物热电材料的zT值远低于无机材料，成为实用化的关键瓶颈。

此前，中国科学院化学研究所团队已将聚合物热电材料的zT值提升到1.28，但仍低于柔性无机材料。此次，新型不规则多级孔热电塑料薄膜的zT值突破1.64，首次实现聚合物热电材料zT>1.5的历史性跨越。

在热电领域，zT>1.5通常被视为材料实用化的重要门槛。这意味着有机材料终于具备了与无机材料竞争的性能基础，同时保留了柔性、轻质、低成本的独特优势。

此次突破不仅在于性能指标。新技术兼容喷涂和印刷工艺，可像喷漆一样一次成型，或像印报纸一样大面积制造。这区别于此前需要重复100次复杂工艺的高性能柔性热电材料制备方法。

展望未来，这种塑料薄膜可织入衣服面料成为随身电源，也可制成贴附式制冷贴片替代空调。在物联网传感器、可穿戴医疗监测等场景，它将大显身手。中国科学家建立的系统研究方案，为后续突破提供了清晰路线图。