高性能聚合物熱電材料研究取得新進展。記者25日從中國科學院化學研究所獲悉，來自該所等單位的科研人員研發出新型高性能聚合物熱電材料——PMHJ薄膜。相對于普通聚合物薄膜，PMHJ薄膜有望大幅提升材料的熱電性能，為高性能塑料基熱電材料研究提供了全新思路。相關研究成果在線發表于《自然》雜志。
碳元素可以與氫、氧、氮、磷、硫等元素形成化學鍵，從而構建出各種有機分子，這些分子單體通過周期性的鍵合可以形成高分子量的聚合物。目前，人工合成的聚合物，尤其是塑料，已經成為人們日常生活和高科技領域不可缺少的材料。
導電聚合物不但具有和傳統塑料類似的柔性、易加工性和低成本等特點，還可以通過分子設計和化學摻雜攜帶電荷，從而表現出導電性。更為神奇的是，很多導電聚合物可以作為熱電材料。也就是說，當聚合物薄膜兩端的溫度出現高低差時，材料兩端就會產生電動勢（塞貝克效應）；而當在材料兩端構建導電回路并施加電壓時，導電塑料薄膜的兩端也會產生溫度差。
高性能熱電材料應具備高塞貝克系數、高電導率和低熱導率，而理想的模型就是“聲子玻璃-電子晶體”模型。“具體來說，材料需要像玻璃一樣阻擋熱量（聲子）傳導，但又像晶體一樣允許電荷自由移動，也就是讓聲子‘寸步難行’而讓電荷‘暢通無阻’。”科研人員解釋，科學界普遍認為，聚合物具有聲子玻璃特征，從而具有本征低熱導率。而實際上，很多高電導聚合物薄膜具有有序分子排列的結晶區，和理想的“聲子玻璃”有很大差異，直接制約了聚合物熱電性能的提高。
此次，科研人員利用兩種不同的聚合物，研發出具有不同結構特征的PMHJ薄膜。該薄膜不但可以保證有效的電荷傳輸，同時可以高效散射聲子與類聲子傳播。
在業內專家看來，這項研究打破了現有高性能聚合物熱電材料不依賴熱輸運調控的認知局限，為塑料基熱電材料領域的持續發展提供了新路徑。
（中國科學院化學研究所供圖）
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