Science！中國科學院化學研究所狄重安團隊在柔性材料領域取得重磅研究進展！

柔性可穿戴電子設備的快速發(fā)展，對可持續(xù)、輕量化的能源供給技術提出了迫切需求。熱電材料能夠直接將熱能轉換為電能，為可穿戴設備供電提供了理想方案。其中，共軛聚合物因其本征柔軟、可溶液加工等優(yōu)勢，成為構建柔性熱電發(fā)電機的有力候選者。然而，傳統(tǒng)聚合物熱電材料的性能轉換效率，通常用無量綱熱電優(yōu)值（zT）衡量，長期徘徊在較低水平，且缺乏可規(guī)模化制備的工藝，嚴重制約了其實際應用。如何在保持聚合物柔性與加工優(yōu)勢的同時，大幅提升其熱電性能，是領域內亟待解決的關鍵難題。

2026年3月6日，中國科學院化學研究所狄重安研究員團隊在《科學》期刊上發(fā)表了題為“Irregular hierarchical-porous polymer for high-performance soft thermoelectrics”的研究論文。這項研究依托北京分子科學國家研究中心等平臺，提出了一種通過構建不規(guī)則分級多孔結構來優(yōu)化聚合物熱電性能的新策略。

研究團隊受“聲子玻璃-電子晶體”模型啟發(fā)，巧妙地在聚合物中引入了尺寸從不足10納米到數(shù)微米的不規(guī)則、多級分布的孔洞與孔喉結構。通過精細調控硒取代的DPP聚合物與聚苯乙烯的共混比例，利用臨界相轉變方法，成功制備了不規(guī)則分級多孔熱電薄膜。掃描電鏡和原子力顯微鏡圖像清晰地展示了這種錯綜復雜的多孔網(wǎng)絡，其孔隙率可調，孔壁間形成了高度有序的纖維狀分子堆積結構。這種獨特的多孔形貌，一方面通過大量聚合物-孔洞界面增強了聲子散射，顯著抑制了熱傳導；另一方面，納米尺度的限域空間意外地誘導了分子鏈的更緊密堆積，提高了結晶度和載流子遷移率，彌補了多孔結構可能對電荷傳輸造成的負面影響。

進一步的掠入射X射線衍射等表征揭示，隨著聚合物比例優(yōu)化，薄膜的π-π堆積距離從3.70 ?縮短至3.61 ?，結晶相干長度增加，分子排列更為規(guī)整。霍爾效應、太赫茲等測試證實，載流子遷移率最高提升了52%。基于這種協(xié)同優(yōu)化，最佳配比的薄膜在343開爾文（約70攝氏度）下，其晶格熱導率降低了72%，同時保持了優(yōu)異的電導率和塞貝克系數(shù)，最終實現(xiàn)了高達1.64的熱電優(yōu)值，刷新了柔性聚合物熱電材料的性能紀錄。該值遠超常規(guī)聚合物和部分柔性無機材料，甚至可與商用碲化鉍塊體材料相媲美。

除了性能卓越，該多孔薄膜的制備工藝極其簡單，與噴涂法等大面積生產(chǎn)技術完美兼容。研究團隊展示了基于此方法制備的熱電發(fā)電機，可在紙張、紡織品等多種基底上成膜。一個包含108個熱電腿的器件在40K溫差下，歸一化功率密度達到1.28 μW cm?2 K?2，并能在人體手臂上穩(wěn)定產(chǎn)生電壓。經(jīng)過上萬次彎曲循環(huán)后，薄膜的電導率仍能保持93%，展現(xiàn)出優(yōu)異的機械柔性和應用潛力。該設計策略還被證實可拓展至其他多種聚合物體系，為開發(fā)下一代高性能、可穿戴、可持續(xù)的綠色能源技術提供了切實可行的新路徑。

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