体温即可发电！中科院研发新型柔性材料，智能穿戴告别“充电焦虑”

据中国科学院官网信息，其化学研究所研究团队近日成功开发出一种具有不规则多级孔结构的柔性热电塑料薄膜。该成果已正式发表在国际顶级学术期刊《Science》上。这项技术能够直接将环境温差（如人体热量）转化为电能，且全过程无污染、无噪音，为可穿戴设备、物联网传感器及贴附式制冷技术提供了关键的材料支撑。

据统计，全球每年有超过60%的能源最终以“废热”的形式散失到环境中。如何高效回收这些热能，一直是能源领域的难题。热电材料被誉为“能量魔术师”，能够实现热能与电能的直接转换。然而，传统的热电材料往往质地坚硬、易碎，难以应用于人体或曲面设备。

理想的柔性热电材料需要同时满足两个看似矛盾的条件：既要像晶体一样拥有高电导率，以保证电荷高效传输；又要像玻璃一样拥有低热导率，以阻止热量快速流失从而维持温差。科学界将这一目标称为“声子玻璃—电子晶体”模型。长期以来，受限于有机材料弱相互作用的特性，这一目标极难实现。

中科院团队创新性提出了“无序—有序”协同调控理念，成功破解了这一难题。

图源：Science

该团队采用“聚合物相分离”方法制造上述结构，就像油和水混合后会自然分离一样，研究人员将两种高分子材料溶解混合，在溶剂挥发过程中，两种聚合物通过分相自然“分家”。通过精确控制条件（比如聚合物的配比等），科研人员能精确调控孔洞的大小、数量和分布。相分离过程中导电聚合物被“挤压”在狭小空间里，但这种“限域效应”反而促进了分子的有序排列，就像人群在狭窄通道中会自然排成整齐队列。由此，孔洞的无序和分子的有序就同时实现了。

这种类似海绵的结构发挥了双重作用：一方面，无序的孔洞迫使负责传递热量的微观振动（声子）不断“翻山越岭”，使热导率大幅降低72%，仅为0.16W·m-1·K-1，有效锁住了热量；另一方面，孔洞内部的狭小空间产生了“限域效应”，迫使聚合物分子排列得更加紧密整齐，如同人群在狭窄通道中自然排成队列，从而构建出高效的电荷传输通道，使电子迁移率最高提升52%。

数据显示，在约70°C的条件下，这种名为IHP-TEP的新型薄膜热电优值（zT）达到了创纪录的1.64。这不仅超越了此前聚合物材料1.28的世界纪录，甚至优于部分柔性无机材料，实现了聚合物热电材料zT>1.5的历史性跨越。

除了性能卓越，该材料的制备工艺也极具商业潜力。与此前高性能柔性材料需要复杂、重复上百次的工艺不同，新技术兼容简单的喷涂工艺。研究人员表示，这种薄膜可以像喷漆一样一次成型，也可以像印刷报纸一样进行大面积、低成本的大规模生产。

这意味着，未来这种材料可以被直接织入衣物面料，成为随身的“移动电源”；或者制成超薄贴片，为医疗监测设备、智能穿戴产品提供源源不断的绿色电力。

中科院化学所的这一突破，不仅加深了学界对软物质材料热电转换规律的认知，更建立了一套清晰的研究路线图。