离实现可穿戴供电设备更进一步！我国科学家研制出新型聚合物材料

时间: 2024-11-27 19:35:30 |   作者: 新闻中心

  央广网北京7月25日消息（记者朱敏）据中央广播电视总台中国之声报道，“用体温为手机充电，让篝火成为露营的电力之源……”这些都是人们对未来绿色能源的美好愿景。也许在不久的将来，“热电塑料”和“温差”的邂逅能够产生让人触手可及的清洁能源。北京时间7月24日，国际学术期刊《自然》发表了一篇来自中国科学院化学研究所的成果，该研究所研究团队研制出新型高性能聚合物热电材料，为高性能塑料基热电材料研究提供了全新思路。

  目前，人工合成的聚合物，尤其是塑料，慢慢的变成了人们日常生活和高科技领域必不可少的材料。传统的聚合物为绝缘体，而上世纪70年代，科学家的新发现彻底颠覆了“塑料不能导电”的传统认知。导电聚合物不但具有和传统塑料类似的柔性、易加工性和低成本等特点，还能够最终靠分子设计和化学掺杂携带电荷，从而表现出导电性。团队负责人之一、中国科学院化学研究所研究员狄重安表示，导电聚合物已经走入了我们的日常生活，还有一些应用即将实现。

  狄重安说：“咱们手机屏里面的OLED，叫做有机发光二极管，就是绝缘的分子材料或者塑料能导电才有了OLED，这是现在用的第一个方向。第二个是有机光伏，就是把塑料制品放在太阳的光照下能发电，目前还没开始应用，但是也快了。第三个是晶体管，就是芯片，把塑料材料导电以后做成电子晶体管。”

  更为神奇的是，很多导电聚合物可当作热电材料。当聚合物薄膜两端的温度出现高低差时，材料两端就会产生电动势，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。基于这些现象，人们就可通过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，变成能控制温度的服装。

  然而，数十年来，这些材料里的一些特性始终制约着它在这方面应用的实现。其中，最关键的一个难点就是其热电优值一直停留在0.5附近，远低于商品化无机热电材料的性能。中国科学院化学研究所朱道本/狄重安等七个研究团队合作，提出并构建了聚合物多周期异质结（PMHJ）热电材料，打破了这一局限。

  狄重安说：“它的zt，我们叫热点优值性能指标，要到0.7到1之间，所以当我们第一次把塑料的性能超过1时，那就从另一方面代表着从性能指标上来讲能应用了。”

  团队是怎么做到的呢？狄重安解释，他们打破了传统的思路，利用两种不同的聚合物构建周期有序的纳米结构，呈现体相混合的特征。

  狄重安解释：“我要盖一堵10米厚的墙，原来的做法是用混凝土一次浇筑10米。那我们怎么办呢？我们采用砌砖的方法，一层一层地往上垒，用两种材料，比如一块是红砖、一块是蓝砖，用这两种砖去垒，垒的时候我在红砖和蓝砖中间加点胶水，用胶水把它们给黏合起来，并且这个胶水既能把红砖给溶解一些，也把蓝砖溶解一些，就固化成一体了。这个效果就等于把导热的行为降到最低了，电荷比较‘畅通无阻’。”

  业内专家觉得，这一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。狄重安和记者说，这一进展的取得让可穿戴发电设备走进现实更近了一步。

  狄重安说：“首先是打破了热电材料不依赖热传导的一个认知局限，原来这个路径是不通的，现在我们给大家提供了一个新的路径，使得性能从此得到提高，甚至有可能提高得更高。第二是看到了可实用化、可应用的曙光，这对产业来讲可能有振奋性的意义。第一个场景，比如你的手表腕带就可能用热电塑料做成，它可以直接给你的手表供电。另一个场景是可以嵌入到你的衣服里边，这样它既是一件衣服，又是一个电源，不仅能发电，还可以制冷，可以当空调。”

  北京时间7月24日，国际学术期刊《自然》发表了一篇来自中国科学院化学研究所的成果，该研究所研究团队研制出新型高性能聚合物热电材料，为高性能塑料基热电材料研究提供了全新思路。