7 月 26 日消息，中國(guó)科學(xué)院化學(xué)研究所于 7 月 24 日發(fā)布新聞稿，宣布我國(guó)科學(xué)家在高性能有機(jī)熱電材料研究方面取得重要進(jìn)展，相關(guān)研究成果在線發(fā)表于《自然》雜志。

項(xiàng)目背景

上世紀(jì) 70 年代，摻雜聚乙炔的科學(xué)發(fā)現(xiàn)顛覆了 " 塑料不能導(dǎo)電 " 的傳統(tǒng)認(rèn)知，掀起了光電分子材料的研究熱潮，孕育了有機(jī)發(fā)光二極管電子產(chǎn)業(yè)，催生了有機(jī)光伏和有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)晶體管等前沿研究方向，同時(shí)帶動(dòng)了有機(jī)熱電領(lǐng)域的起步。

其中，聚合物體系的熱電研究不但可以深化甚至改變?nèi)藗儗?duì)軟物質(zhì)體系熱電轉(zhuǎn)換機(jī)制的認(rèn)知，還有望滿(mǎn)足物聯(lián)網(wǎng)與可穿戴電子對(duì)貼附式能源的迫切需求，具有重大的科學(xué)意義。

但是，相對(duì)于已有的熱電材料體系，聚合物熱電材料長(zhǎng)期面臨熱電優(yōu)值（ZT）低的瓶頸，無(wú)法滿(mǎn)足溫差發(fā)電與固態(tài)制冷應(yīng)用的核心指標(biāo)需求，直接制約了領(lǐng)域的快速發(fā)展。

項(xiàng)目簡(jiǎn)介

中國(guó)科學(xué)院化學(xué)研究所朱道本 / 狄重安研究團(tuán)隊(duì)與張德清課題組、北京航空航天大學(xué)趙立東課題組及國(guó)內(nèi)外其他六個(gè)研究團(tuán)隊(duì)合作，提出并構(gòu)建了聚合物多周期異質(zhì)結(jié)（PMHJ）熱電材料。

該類(lèi)型分子組裝體具有周期有序的納米結(jié)構(gòu)，其中兩種聚合物厚度均小于 10 納米，相鄰界面約為 2 個(gè)分子層且具有體相異質(zhì)特征。

研究團(tuán)隊(duì)利用 PDPPSe-12 和 PBTTT 兩種聚合物，結(jié)合分子交聯(lián)方法，構(gòu)筑了具有不同結(jié)構(gòu)特征的 PMHJ 薄膜，揭示了其熱導(dǎo)率的尺寸效應(yīng)和界面漫反射效應(yīng)。

PMHJ 結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)思想與飛行時(shí)間二次離子質(zhì)譜表征結(jié)果

研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)每種聚合物的厚度接近共軛骨架的 " 聲子 " 平均自由程時(shí)，界面散射明顯增強(qiáng)，薄膜的晶格熱導(dǎo)率降低 70% 以上，達(dá)到 0.1 W m-1 K-1。

溶液涂層大面積 PMHJ 薄膜和柔性發(fā)電

PMHJ 薄膜的重建界面

此外，摻雜態(tài)（6,4,4）PMHJ 薄膜展現(xiàn)出優(yōu)異的電輸運(yùn)性質(zhì)，功率因子高達(dá) 628 μ W m-1 K-2，368 K 下的熱電優(yōu)值為 1.28，達(dá)到商品化材料的室溫區(qū)熱電性能水平，帶動(dòng)塑料基熱電材料步入 ZT>1.0 時(shí)代。

項(xiàng)目意義

上述研究打破了現(xiàn)有高性能聚合物熱電材料不依賴(lài)熱輸運(yùn)調(diào)控的認(rèn)知局限，為塑料基熱電材料領(lǐng)域的持續(xù)發(fā)展提供了新路徑。