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隨著可穿戴電子設備和貼附式物聯(lián)網等新興產業(yè)的迅猛發(fā)展，柔性能源和便攜式制冷的技術需求日益迫切。柔性熱電器件可以利用人體或環(huán)境中的熱能發(fā)電，還可以逆向實現(xiàn)薄膜制冷，是滿足上述需求的關鍵技術之一。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復雜雙重制約。利用化學原理協(xié)同調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實用化。

在國家自然科學基金委、中國科學院和北京市的支持下，化學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控方法，IHP-TEP薄膜呈現(xiàn)“多孔無序-狹道有序”的結構特征，即孔結構展現(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。該結構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組裝理念，通過在相對有序的聚集體中引入無序異質界面，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”的雙重調控機制，利用PDPPSe-12和PS兩種聚合物的相分離，構筑了具有不同孔結構特征的薄膜。研究發(fā)現(xiàn)，該多孔結構展現(xiàn)聲子-邊界散射、聲子-聲子相互作用與尺寸效應等多重聲子散射特征，熱導率可降低72%。同時，相分離過程中的限域效應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772 μW·m?1·K?2，熱導率最低為0.16 W·m?1·K?1，在343 K時最高ZT值達到1.64，實現(xiàn)了聚合物熱電材料性能的新跨越。此外，該結構薄膜可利用噴涂技術實現(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院化學研究所懷柔研究中心的技術支撐。

IHP-TEP結構的設計思想與表征結果