體溫就能充電：中國團隊讓柔性塑料熱電性能逼近實用門檻

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晨跑時，智能手表靠體溫持續供電；酷暑中，輕薄貼片貼膚即制冷。這些科幻場景正加速走進現實。中國科學院化學研究所團隊近日在《科學》雜志發表成果，他們研制出具有不規則多級孔結構的塑料熱電薄膜，讓柔性熱電材料的性能指標首次突破1.5的實用化門檻，創造了同溫區世界紀錄。

全球每年超過60%的能源以廢熱形式散失。熱電材料堪稱"能量魔術師"，它能無聲無息地將熱能轉化為電能，無需燃料、無噪音、零排放。柔性熱電材料更兼具柔韌性，可貼附人體或衣物，把體溫和環境廢熱變成可用電力。

理想的熱電材料需要同時扮演兩種矛盾角色。它要具備晶體般的高電導率，讓電荷高速通行；又要擁有玻璃般的低熱導率，讓熱量寸步難行。科學界將這一目標概括為"聲子玻璃—電子晶體"模型。過去，無機材料能達到這種平衡，但脆硬且有毒；有機材料雖柔軟安全，性能卻長期落后。

研究團隊提出"無序—有序"協同調控理念，破解了這一矛盾。他們采用"聚合物相分離"技術，將兩種高分子材料溶解混合。溶劑揮發時，兩種聚合物像油水分離般自然"分家"，形成不規則多級孔洞結構。

這些無序孔洞如同崎嶇山嶺，迫使熱量不斷"翻山越嶺"，熱導率因此大幅降低72%，僅為0.16W·m?1·K?1。導電聚合物在相分離過程中被"擠壓"進狹小空間，反而促進分子有序排列，形成電子"高速公路"。載流子遷移率最高提升52%，功率因子達到772μW·m?1·K?2。

兩種結構各司其職，互不干擾，成功實現了電—熱輸運的解耦和協同提升。

"熱電優值"（zT）是衡量熱電材料的核心指標，綜合體現發電能力和隔熱能力。長期以來，聚合物熱電材料的zT值遠低于無機材料，成為實用化的關鍵瓶頸。

此前，中國科學院化學研究所團隊已將聚合物熱電材料的zT值提升到1.28，但仍低于柔性無機材料。此次，新型不規則多級孔熱電塑料薄膜的zT值突破1.64，首次實現聚合物熱電材料zT>1.5的歷史性跨越。

在熱電領域，zT>1.5通常被視為材料實用化的重要門檻。這意味著有機材料終于具備了與無機材料競爭的性能基礎，同時保留了柔性、輕質、低成本的獨特優勢。

此次突破不僅在于性能指標。新技術兼容噴涂和印刷工藝，可像噴漆一樣一次成型，或像印報紙一樣大面積制造。這區別于此前需要重復100次復雜工藝的高性能柔性熱電材料制備方法。

展望未來，這種塑料薄膜可織入衣服面料成為隨身電源，也可制成貼附式制冷貼片替代空調。在物聯網傳感器、可穿戴醫療監測等場景，它將大顯身手。中國科學家建立的系統研究方案，為后續突破提供了清晰路線圖。