在可穿戴电子设备日益普及的今天，如何让这些设备摆脱频繁充电的困扰，实现“永不断电”的持续工作，成为了科技界关注的焦点。中国科学家近期提出了一项创新策略——“无序中创造有序”，并成功研发出一种具有不规则多级孔结构的新型热电聚合物薄膜（IHP-TEP），为这一目标的实现带来了新的希望。
这种新型热电材料的核心性能指标——热电优值，在约70摄氏度的条件下达到了惊人的1.64，刷新了柔性热电材料在同温区的世界纪录。这一突破由中国科学院化学研究所的朱道本院士、狄重安研究员团队及其合作者共同完成，其研究成果已在国际权威学术期刊《科学》上发表。
随着智能手表、健康监测贴片等可穿戴设备的广泛应用，利用体温和环境温差进行发电，以实现设备的自供电，成为了科技界追求的目标。热电材料，作为实现这一目标的关键，能够将热能直接转换为电能，反之亦然，这种特性使其在废热回收、固态制冷等领域展现出巨大的应用潜力。
相较于传统的无机热电材料，聚合物热电材料以其质轻、柔性好、可大面积印刷等优势，更适用于可穿戴设备和物联网传感器等新型电子产品的自供电需求。然而，长期以来，聚合物热电材料的性能一直落后于无机材料，成为制约其走向实用化的主要障碍。
聚合物热电性能提升的关键在于如何独立调控各性能参数，避免它们之间的相互耦合与制约。理想的热电材料应符合“声子玻璃-电子晶体”模型，即对热量传递要像“玻璃”一样无序，以抑制热传导；对电荷传输则要像“晶体”一样有序，以促进电荷的流动。然而，这种“电-热输运的协同调控”难度极大，一直是聚合物热电性能提升的瓶颈。
针对这一难题，研究团队研制出了一种具有不规则多级孔结构的热电聚合物薄膜。这种薄膜内部布满了尺寸各异、形状不一、分布无序的纳米至微米级孔洞，这些孔洞有效增强了多重声子散射，显著抑制了热传导。同时，纳米孔道的限域效应促使聚合物分子有序排列，显著提升了电荷输运性能。
研究团队形象地比喻这一结构为在崎岖山地中修建高速公路：无序孔洞迫使热量“翻山越岭”，而有序分子通道则保障电荷“高速通行”。这种结构成功实现了电-热输运的解耦和协同提升，为聚合物热电材料的发展开辟了新的道路。
为了构建这种独特的结构，研究团队采用了“聚合物相分离”方法。他们将聚合物半导体PDPPSe-12和聚苯乙烯溶液均匀混合，在溶剂挥发过程中，两者发生相分离。通过精确控制共混比例等参数，研究团队成功调控了孔的大小、数量和分布。
新型热电聚合物薄膜的独特结构不仅显著降低了热导率，还提升了载流子迁移率。在温度约70摄氏度时，其热电优值最高达到了1.64，超越了柔性无机热电材料的同温区性能。该结构与喷涂技术相兼容，在大面积柔性发电方面具有重要应用潜力。
