體溫供電讓衣服變成隨身電源！溫差發電世界紀錄，有望讓電子設備“永不斷電”

靠體溫供電、衣服變成隨身電源，這些曾經只存在於想象中的未來科技場景，正走向現實。

3月6日凌晨，中國科學院化學研究所朱道本院士/狄重安研究員團隊聯合國內合作者在國際學術期刊《科學》上發表柔性熱電材料最新研究成果。該團隊提出“無序中創造有序”新策略，研製出一種“千瘡百孔”的新型熱電聚合物薄膜（IHP-TEP），其核心性能指標熱電優值（zT值）在343K溫度下達到1.64，創造了柔性熱電材料的同溫區世界紀錄。

IHP-TEP結構的設計思想與表徵結果

隨着智能手錶、健康監測貼片等可穿戴設備的普及，頻繁充電成爲這些電子設備的共同痛點。若能利用體溫和各種環境溫差發電，就有望實現電子設備“永不斷電”。

熱電材料是達成這一目標的關鍵材料，它可實現熱能-電能的直接相互轉換。這一特性使得高性能熱電材料在廢熱回收、固態製冷等領域具有廣闊應用前景，尤其適用於可穿戴設備、物聯網傳感器等新型電子產品的自供電需求，一直被科學界認爲是國際上的重大科學難題和顛覆性研究方向之一。

有機熱電材料更因兼具本徵柔性與可溶液加工特性，可貼附於任意曲面，將人體或環境的“廢熱”持續轉化爲電能。與傳統的無機熱電材料相比，它們具有質輕、柔性好、可大面積印刷等顯著優勢。

但是，長期以來，聚合物熱電材料的性能始終落後於無機材料。聚合物熱電性能提升的關鍵挑戰在於，各性能參數相互耦合與制約，難以獨立調控。

狄重安研究員介紹，理想的熱電材料要符合“聲子玻璃-電子晶體”模型：對熱量傳遞，材料要像“玻璃”一樣具有無序結構，讓聲子寸步難行；對電荷傳輸，材料要像“晶體”一樣具有有序的分子堆積，讓電荷暢通無阻——這種“電-熱輸運的協同調控”難度極高，成爲長期制約聚合物熱電性能提升的瓶頸。

此次研究團隊研製出的這種具有不規則多級孔結構的熱電聚合物薄膜（IHP-TEP），建立了一種全新的協同調控機制，同時滿足了這個苛刻的協同調控。

從研究團隊拍攝下的微觀結構圖片上可以看到，該材料內部佈滿尺寸各異、形狀不一、分佈無序的納米至微米級孔洞——它們如同在崎嶇山地中修建高速公路：無序孔洞迫使熱量“翻山越嶺”、寸步難行，而有序分子通道則保障電荷“高速通行”，兩者各司其職，互不干擾，成功實現了電-熱輸運的解耦和協同提升。

研究團隊還進一步實現了對該材料孔的大小、數量和分佈的精細調控。IHP-TEP結構可使熱導率降低72%、載流子遷移率最高可以提升52%，創下了柔性無機熱電材料同溫區性能的世界紀錄。

此外，該結構與噴塗技術相兼容，在大面積柔性發電方面具有重要應用潛力。

該研究爲柔性熱電材料領域提供了新的發展路徑。未來，隨着相關技術的持續發展，我們身邊的每一件“塑料”製品，都有可能成爲微型發電站和貼身空調，讓廢棄熱量成爲寶貴資源，使綠色能源無處不在，觸手可及。