中国科学院化学研究所7 月 24 日宣布我国科学家在高性能有机热电材料研究方面取得重要进展，相关研究成果在线发表于《自然》杂志。

项目背景

上世纪 70 年代，掺杂聚乙炔的科学发现颠覆了“塑料不能导电”的传统认知，掀起了光电分子材料的研究热潮，孕育了有机发光二极管电子产业，催生了有机光伏和有机场效应晶体管等前沿研究方向，同时带动了有机热电领域的起步。

其中，聚合物体系的热电研究不但可以深化甚至改变人们对软物质体系热电转换机制的认知，还有望满足物联网与可穿戴电子对贴附式能源的迫切需求，具有重大的科学意义。

但是，相对于已有的热电材料体系，聚合物热电材料长期面临热电优值（ZT）低的瓶颈，无法满足温差发电与固态制冷应用的核心指标需求，直接制约了领域的快速发展。

项目简介

中国科学院化学研究所朱道本 / 狄重安研究团队与张德清课题组、北京航空航天大学赵立东课题组及国内外其他六个研究团队合作，提出并构建了聚合物多周期异质结（PMHJ）热电材料。

该类型分子组装体具有周期有序的纳米结构，其中两种聚合物厚度均小于 10 纳米，相邻界面约为 2 个分子层且具有体相异质特征。

研究团队利用 PDPPSe-12 和 PBTTT 两种聚合物，结合分子交联方法，构筑了具有不同结构特征的 PMHJ 薄膜，揭示了其热导率的尺寸效应和界面漫反射效应。

研究发现，当每种聚合物的厚度接近共轭骨架的“声子”平均自由程时，界面散射明显增强，薄膜的晶格热导率降低 70% 以上，达到 0.1 W m-1 K-1。

此外，掺杂态（6,4,4）PMHJ 薄膜展现出优异的电输运性质，功率因子高达 628 μW m-1 K-2，368 K 下的热电优值为 1.28，达到商品化材料的室温区热电性能水平，带动塑料基热电材料步入 ZT>1.0 时代。

项目意义

上述研究打破了现有高性能聚合物热电材料不依赖热输运调控的认知局限，为塑料基热电材料领域的持续发展提供了新路径。