北京7月25日电（记者孙自法）塑料能够发电？如何发电？这个材料科学前沿和极具挑战性的问题长期备受关注。中国科学家最新研究提出并构建了聚合物多周期异质结（PMHJ）热电材料，有望大幅提升材料的热电性能，为利用塑料实现高效温差发电提供了全新思路。

这项打破现有高性能聚合物热电材料不依赖于热输运调控认知局限的研究进展，为塑料基热电材料领域的持续提升提供了新路径。该研究由中国科学院化学研究所朱道本院士和狄重安研究员团队、北京航空航天大学赵立东教授团队以及中外另7个团队合作完成，北京时间7月24日夜间，相关成果论文在国际著名学术期刊《自然》上线发表。

为何研究

研究团队介绍，导电聚合物不仅具有与传统塑料类似的柔性、易加工性和低成本等特点，还可以通过分子设计和化学掺杂携带电荷，从而表现出导电性。更神奇的是，很多导电聚合物可作为热电材料，即当在聚合物薄膜上施加温度差时，材料两端就会产生电动势（塞贝克效应）；而当在材料两端构建导电回路并施加电压时，导电塑料薄膜的两端也会产生温度差（帕尔贴效应）。

基于这些现象，人们可以利用轻质与柔软的塑料来实现温差发电，发展贴附式和可穿戴的绿色能源；也有望将其编织成塑料纤维，变成可以控制温度的服装。这些功能的实现都需要发展高性能的聚合物热电材料。

有何难点

研究团队指出，高性能热电材料应具备高塞贝克系数、高电导率和低热导率，而理想的模型就是“声子玻璃-电子晶体”模型。具体来说，材料需要像玻璃一样阻挡热量（声子）传导，但又像晶体一样允许电荷自由移动，也就是让声子“寸步难行”而让电荷“畅通无阻”。

科学界普遍认为，聚合物具有“声子玻璃”特征，从而具有本征低热导率。但实际上，很多高电导聚合物薄膜具有有序分子排列的结晶区，和理想的“声子玻璃”有很大差异，直接制约了聚合物热电性能的提高。

在过去十余年中，科学家利用分子创制、组装和掺杂调控聚合物薄膜的塞贝克系数、电导率及其制约关系，但其热电优值远低于商品化热电材料的性能，这一困境直接制约了塑料基热电材料领域的发展。

如何突破

为破解热电材料的性能困境制约，合作团队研究提出并构建了新型的PMHJ热电材料，具体而言，就是利用两种不同的聚合物构建周期有序的纳米结构，其中每种聚合物的厚度均小于10纳米，两种材料的界面约为2个分子层的厚度，并且界面层内部呈现体相混合的特征。

纳米限域结构不仅保证了有效的电荷传输，还高效地散射了声子和准声子的传播。这意味着 PMHJ 薄膜比普通聚合物薄膜更接近“声子玻璃-电子晶体”模型，有望大幅提升材料的热电性能，为高性能塑料基热电材料的研究提供创新思路。

在此前中外科学家研发出的聚合物、交联剂相关技术的支持下，研究团队构建了具有不同结构特征的 PMHJ 薄膜。进一步通过系统实验与理论合作研究，研究团队揭示了其热导率的尺寸效应和界面漫反射效应，并推动其热电性能水平达到商品化材料的室温区水平，直接促进了塑料基热电材料进入新时代。PMHJ 结构具有很高的普适性，其加工方式与溶液法制备技术相兼容，在柔性供能器件方面具有重要的应用潜力。

研究团队指出，随着 PMHJ 热电材料研究的重大进展，未来“用体温为手机充电，让篝火成为野营的电力之源……”等美好的愿景或许不久后就会实现：通过热电塑料和温差的“邂逅”，能够产生各种“触手可及”的清洁能源，实现与之相关的奇思妙想。（完）