隨著可穿戴電子設(shè)備和貼附式物聯(lián)網(wǎng)等新興產(chǎn)業(yè)的迅猛發(fā)展，柔性能源和便攜式制冷的技術(shù)需求日益迫切。柔性熱電器件可以利用人體或環(huán)境中的熱能發(fā)電，還可以逆向?qū)崿F(xiàn)薄膜制冷，是滿足上述需求的關(guān)鍵技術(shù)之一。有機熱電材料具有本征柔性和可溶液加工等優(yōu)勢，是柔性熱電材料的重要體系，但長期面臨性能低和加工技術(shù)復(fù)雜雙重制約。利用化學(xué)原理協(xié)同調(diào)控短程有序分子組裝體的電、熱輸運性能，有望克服上述挑戰(zhàn)，推動有機熱電材料走向?qū)嵱没?/span>

在國家自然科學(xué)基金委、中國科學(xué)院和北京市的支持下，化學(xué)研究所有機固體實驗室朱道本/狄重安研究團隊與張德清課題組等合作，提出并構(gòu)建了不規(guī)則多級孔熱電聚合物（IHP-TEP）材料。通過發(fā)展聚合物的相分離臨界調(diào)控方法，IHP-TEP薄膜呈現(xiàn)“多孔無序-狹道有序”的結(jié)構(gòu)特征，即孔結(jié)構(gòu)展現(xiàn)亞10納米至微米級的多尺度無序分布，而孔間區(qū)域則呈現(xiàn)有序分子組裝特征。該結(jié)構(gòu)大幅抑制熱振動傳播，同時顯著提升載流子遷移率，帶動薄膜熱電性能的躍升。

“聲子玻璃-電子晶體”是熱電材料的理想模型，對材料的無序性和有序性提出矛盾性需求。此前，該團隊提出多周期異質(zhì)組裝理念，通過在相對有序的聚集體中引入無序異質(zhì)界面，實現(xiàn)了熱電性能的大幅提升（Nature2024, 632, 528; Nat. Rev. Mater.2026, 11, 5）。但是，這一理念無法協(xié)同優(yōu)化多種熱電參數(shù)，難以逼近分子材料的本征性能上限。研究團隊提出“無序中創(chuàng)造有序”的新思路，發(fā)展“無序孔增強聲子散射”與“限域增強分子有序組裝”的雙重調(diào)控機制，利用PDPPSe-12和PS兩種聚合物的相分離，構(gòu)筑了具有不同孔結(jié)構(gòu)特征的薄膜。研究發(fā)現(xiàn)，該多孔結(jié)構(gòu)展現(xiàn)聲子-邊界散射、聲子-聲子相互作用與尺寸效應(yīng)等多重聲子散射特征，熱導(dǎo)率可降低72%。同時，相分離過程中的限域效應(yīng)增強了聚合物的有序組裝，載流子遷移率最高可提升52%。優(yōu)化薄膜的功率因子最高達(dá)772 μW·m?1·K?2，熱導(dǎo)率最低為0.16 W·m?1·K?1，在343 K時最高ZT值達(dá)到1.64，實現(xiàn)了聚合物熱電材料性能的新跨越。此外，該結(jié)構(gòu)薄膜可利用噴涂技術(shù)實現(xiàn)大面積制備，在低成本柔性發(fā)電與制冷器件等方面具有重要的應(yīng)用潛力。

上述研究建立了聚合物熱電材料電荷輸運與聲子散射解耦調(diào)控的新思路，為帶動熱電塑料及其柔性熱電器件的持續(xù)突破提供了新路徑。相關(guān)研究成果發(fā)表于Science期刊上（Science2026, DOI: 10.1126/science.adx9237）。該研究得到了中國科學(xué)院化學(xué)研究所懷柔研究中心的技術(shù)支撐。

IHP-TEP結(jié)構(gòu)的設(shè)計思想與表征結(jié)果