柔性热电器件能把人身上或者环境里的热能变成电,也能反过来当薄膜空调用

中科院化学研究所的怀柔研究中心给他们的团队提供了技术支撑。朱道本、狄重安还有张德清这些课题组,在国家自然科学基金委、中科院和北京市的支持下合作,搞出了一种新的材料,叫不规则多级孔热电聚合物,英文缩写是IHP-TEP。 柔性热电器件能把人身上或者环境里的热能变成电,也能反过来当薄膜空调用,这对于现在可穿戴设备和物联网这么火的产业来说特别重要。不过以前的有机材料要么太脆不好加工,要么性能差,一直没解决好。 这个研究团队这次就想办法把这两个问题都给搞定。他们发展了一种相分离调控的方法,让薄膜里既有很多乱七八糟的孔(小到亚10纳米大到微米),又让孔周围的分子排得特别整齐。这样既挡住了热振动乱跑,又让电子跑得更快了。 其实大家都想搞出那种“声子玻璃-电子晶体”的理想结构,既让热声子乱晃动被挡住,又让电子像晶体一样在有序结构里传输。以前他们试过在比较有序的聚集体里弄点无序界面,能让性能好一点,但还是没法把所有参数都优化到极限。 这次他们想了个新招,“在无序中创造有序”。用PDPPSe-12和PS两种聚合物来做相分离,做出来的薄膜既有不同的孔结构特征。实验发现这种多孔结构能让热声子和边界、声子和别的声子互相碰撞多起来,再加上尺寸效应的作用,热导率直接就降低了72%。同时因为限域效应让聚合物排得更整齐了,载流子的迁移率最高能提高52%。 优化之后的功率因子能做到772微瓦每米开方度的峰值,热导率只有0.16瓦每米开方度,在343开的时候最高ZT值达到了1.64。这算是有机材料性能上的一次大突破了。 而且这种材料还能大面积喷涂制备,以后做低成本的柔性发电或者制冷器件就方便多了。相关论文发在了Science上,DOI是10.1126/science.adx9237。