体温供电让衣服变成随身电源！温差发电世界纪录，有望让电子设备“永不断电”

靠体温供电、衣服变成随身电源，这些曾经只存在于想象中的未来科技场景，正走向现实。

3月6日凌晨，中国科学院化学研究所朱道本院士/狄重安研究员团队联合国内合作者在国际学术期刊《科学》上发表柔性热电材料最新研究成果。该团队提出“无序中创造有序”新策略，研制出一种“千疮百孔”的新型热电聚合物薄膜（IHP-TEP），其核心性能指标热电优值（zT值）在343K温度下达到1.64，创造了柔性热电材料的同温区世界纪录。

IHP-TEP结构的设计思想与表征结果

随着智能手表、健康监测贴片等可穿戴设备的普及，频繁充电成为这些电子设备的共同痛点。若能利用体温和各种环境温差发电，就有望实现电子设备“永不断电”。

热电材料是达成这一目标的关键材料，它可实现热能-电能的直接相互转换。这一特性使得高性能热电材料在废热回收、固态制冷等领域具有广阔应用前景，尤其适用于可穿戴设备、物联网传感器等新型电子产品的自供电需求，一直被科学界认为是国际上的重大科学难题和颠覆性研究方向之一。

有机热电材料更因兼具本征柔性与可溶液加工特性，可贴附于任意曲面，将人体或环境的“废热”持续转化为电能。与传统的无机热电材料相比，它们具有质轻、柔性好、可大面积印刷等显著优势。

但是，长期以来，聚合物热电材料的性能始终落后于无机材料。聚合物热电性能提升的关键挑战在于，各性能参数相互耦合与制约，难以独立调控。

狄重安研究员介绍，理想的热电材料要符合“声子玻璃-电子晶体”模型：对热量传递，材料要像“玻璃”一样具有无序结构，让声子寸步难行；对电荷传输，材料要像“晶体”一样具有有序的分子堆积，让电荷畅通无阻——这种“电-热输运的协同调控”难度极高，成为长期制约聚合物热电性能提升的瓶颈。

此次研究团队研制出的这种具有不规则多级孔结构的热电聚合物薄膜（IHP-TEP），建立了一种全新的协同调控机制，同时满足了这个苛刻的协同调控。

从研究团队拍摄下的微观结构图片上可以看到，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——它们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”、寸步难行，而有序分子通道则保障电荷“高速通行”，两者各司其职，互不干扰，成功实现了电-热输运的解耦和协同提升。

研究团队还进一步实现了对该材料孔的大小、数量和分布的精细调控。IHP-TEP结构可使热导率降低72%、载流子迁移率最高可以提升52%，创下了柔性无机热电材料同温区性能的世界纪录。

此外，该结构与喷涂技术相兼容，在大面积柔性发电方面具有重要应用潜力。

该研究为柔性热电材料领域提供了新的发展路径。未来，随着相关技术的持续发展，我们身边的每一件“塑料”制品，都有可能成为微型发电站和贴身空调，让废弃热量成为宝贵资源，使绿色能源无处不在，触手可及。