在智能穿戴设备日益普及的时代，频繁充电已成为制约用户体验的突出问题。
北京时间3月6日，中国科学院化学研究所朱道本院士、狄重安研究员团队在国际学术期刊《Science》上发表最新研究成果，展示了有机热电材料领域的重大突破。
该团队研制的新型热电聚合物薄膜（IHP-TEP）性能指标达到国际领先水平，为解决可穿戴设备电源难题带来了新的可能性。
热电材料是实现能源自给的关键。
这类材料具有独特的物理特性：当材料两端存在温差时，可直接将热能转化为电能，称为塞贝克效应；反之亦然，通电后可产生温度差异，即帕尔贴效应。
利用这一原理，可以将人体体温或环境中的"废热"持续转化为电能，使智能手表、健康监测贴片等可穿戴设备实现"永不断电"的理想状态。
长期以来，热电材料的开发与应用被国际科学界列为重大科学难题和颠覆性研究方向。
与传统无机热电材料相比，有机聚合物热电材料具有质轻、柔性好、可大面积印刷等突出优势，更适合贴附于人体等不同曲面。
然而，聚合物热电材料的性能一直落后于无机材料。
目前，柔性无机材料的热电优值（zT值）可达1.0至1.4，而有机热电材料的zT值大多低于0.5。
即使在2024年，该团队将聚合物热电材料的zT值提升至1.28，仍无法与高性能柔性无机材料相媲美。
这一瓶颈的根本原因在于聚合物热电材料中各性能参数相互耦合与制约，难以独立调控。
理想的热电材料应符合"声子玻璃-电子晶体"模型：对热量传递，材料需具有无序结构以阻碍声子传播；对电荷传输，材料需具有有序的分子堆积以保证电荷畅通。
这种"电-热输运的协同调控"长期以来是制约聚合物热电性能提升的核心瓶颈。
朱道本院士团队创新性地提出了"无序中创造有序"的新策略，研制出具有不规则多级孔结构的热电聚合物薄膜。
该材料内部布满尺寸各异、形状不一、分布无序的纳米至微米级孔洞。
这一精妙的结构设计实现了两个目标：无序孔洞有效增强多重声子散射，显著抑制热传导，使热导率降低72%；同时，纳米孔道的限域效应促使聚合物分子高度有序排列，显著提升电荷输运性能，载流子迁移率最高可提升52%。
用形象的比喻说，这一结构如同在崎岖山地中修建高速公路：无序孔洞迫使热量"翻山越岭"，而有序分子通道则保障电荷"高速通行"。
该团队采用"聚合物相分离"方法构建这一结构。
通过将聚合物半导体和聚苯乙烯溶液均匀混合，利用溶剂挥发过程中的相分离现象，精确控制共混比例等参数，可调控孔的大小、数量和分布。
在343K温度下，新型热电聚合物薄膜的热电优值最高达到1.64，超越了柔性无机热电材料的同温区性能，创造了该领域的世界纪录。
更值得关注的是，这一结构与喷涂技术相兼容，具有重要的实用化前景。
相比之下，之前的制备工艺复杂繁琐，制约了热电材料的产业化应用。
新方法的兼容性优势为大面积柔性发电奠定了基础，有望推动热电材料从实验室走向实际应用。
从“结构设计”入手解决“电与热难以兼得”的老问题，体现了基础研究对关键材料跃升的牵引作用。
将人体与环境中被忽视的温差转化为稳定电能，不仅关乎可穿戴设备续航体验，更指向能源精细化利用与低碳技术路径的拓展。
下一步，围绕可靠性、规模化与系统集成的持续攻关，将决定这项突破能否更快走向应用、转化为触手可及的民生与产业价值。