图 IHP-TEP结构的设计思想与表征结果

　　在国家自然科学基金项目（批准号：22125504、92477142、22305253、22021002、U25A20570、T2441002、62504227、22322507）等资助下，中国科学院化学研究所狄重安研究员和朱道本研究员团队在有机热电材料领域取得进展。研究成果以“高性能的不规则多级孔聚合物热电材料（Irregular hierarchical-porous polymer for high-performance soft thermoelectrics）”为题，于2026年3月6日发表在《科学》（Science）杂志上，论文链接：https://www.science.org/doi/10.1126/science.adx9237。

　　聚合物热电材料是人体热发电、物联网供电和便携式制冷技术的关键材料之一。然而，热电性能低和加工技术复杂始终制约其走向应用。虽然“声子玻璃-电子晶体”为制备高性能热电材料提供了一种理想模型，但其对材料的有序度调控提出了矛盾性需求，也对热电导向的高分子组装提出重要挑战。

　　研究团队提出在“无序中创造有序”的新思路，建立了“无序孔增强声子散射”与“限域增强分子有序组装”相融合的材料设计理念，发展了聚合物的相分离临界调控方法，成功通过聚合物组装制备不规则多级孔热电薄膜。该薄膜呈现“多孔无序-狭道有序”的结构特征，即不规则孔结构表现出5.9 nm至1.8 μm的跨尺度无序分布，而孔间区域则呈有序分子堆积特征。这一协同作用既大幅抑制热振动传播，又显著提升载流子迁移率，克服了有机材料电-热输运性能难以协同调控的瓶颈，为聚合物热电材料的性能跃升提供了全新思路。

　　研究人员利用吡咯并吡咯二酮类聚合物（PDPPSe-12）和聚苯乙烯（PS）两种高分子材料，精细调控薄膜的不规则多级孔结构。研究发现，该组装结构展现出声子-边界散射、声子-声子相互作用与尺寸效应等多重声子散射特征，将热导率降低72%。同时，相分离过程中的限域效应增强了聚合物有序组装，载流子迁移率最高可提升52%。优化后，薄膜的功率因子可高达772 μW·m^⁻1·K^⁻2，热导率低至0.16 W·m^⁻1·K^⁻1。在343 K时，ZT值达到1.64的最高值，实现了聚合物热电材料的性能跨越。此外，具有上述结构的薄膜可利用喷涂技术实现大面积制备，在实现低成本柔性发电与制冷器件制造等方面具有重要潜力。