在可穿戴電子設備日益普及的今天，如何讓這些設備擺脫頻繁充電的困擾，實現“永不斷電”的持續工作，成為了科技界關注的焦點。中國科學家近期提出了一項創新策略——“無序中創造有序”，并成功研發出一種具有不規則多級孔結構的新型熱電聚合物薄膜（IHP-TEP），為這一目標的實現帶來了新的希望。

這種新型熱電材料的核心性能指標——熱電優值，在約70攝氏度的條件下達到了驚人的1.64，刷新了柔性熱電材料在同溫區的世界紀錄。這一突破由中國科學院化學研究所的朱道本院士、狄重安研究員團隊及其合作者共同完成，其研究成果已在國際權威學術期刊《科學》上發表。

隨著智能手表、健康監測貼片等可穿戴設備的廣泛應用，利用體溫和環境溫差進行發電，以實現設備的自供電，成為了科技界追求的目標。熱電材料，作為實現這一目標的關鍵，能夠將熱能直接轉換為電能，反之亦然，這種特性使其在廢熱回收、固態制冷等領域展現出巨大的應用潛力。

相較于傳統的無機熱電材料，聚合物熱電材料以其質輕、柔性好、可大面積印刷等優勢，更適用于可穿戴設備和物聯網傳感器等新型電子產品的自供電需求。然而，長期以來，聚合物熱電材料的性能一直落后于無機材料，成為制約其走向實用化的主要障礙。

聚合物熱電性能提升的關鍵在于如何獨立調控各性能參數，避免它們之間的相互耦合與制約。理想的熱電材料應符合“聲子玻璃-電子晶體”模型，即對熱量傳遞要像“玻璃”一樣無序，以抑制熱傳導；對電荷傳輸則要像“晶體”一樣有序，以促進電荷的流動。然而，這種“電-熱輸運的協同調控”難度極大，一直是聚合物熱電性能提升的瓶頸。

針對這一難題，研究團隊研制出了一種具有不規則多級孔結構的熱電聚合物薄膜。這種薄膜內部布滿了尺寸各異、形狀不一、分布無序的納米至微米級孔洞，這些孔洞有效增強了多重聲子散射，顯著抑制了熱傳導。同時，納米孔道的限域效應促使聚合物分子有序排列，顯著提升了電荷輸運性能。

研究團隊形象地比喻這一結構為在崎嶇山地中修建高速公路：無序孔洞迫使熱量“翻山越嶺”，而有序分子通道則保障電荷“高速通行”。這種結構成功實現了電-熱輸運的解耦和協同提升，為聚合物熱電材料的發展開辟了新的道路。

為了構建這種獨特的結構，研究團隊采用了“聚合物相分離”方法。他們將聚合物半導體PDPPSe-12和聚苯乙烯溶液均勻混合，在溶劑揮發過程中，兩者發生相分離。通過精確控制共混比例等參數，研究團隊成功調控了孔的大小、數量和分布。

新型熱電聚合物薄膜的獨特結構不僅顯著降低了熱導率，還提升了載流子遷移率。在溫度約70攝氏度時，其熱電優值最高達到了1.64，超越了柔性無機熱電材料的同溫區性能。該結構與噴涂技術相兼容，在大面積柔性發電方面具有重要應用潛力。