我国科学家在高性能聚合物热电材料研制方面取得重要进展

   光明网讯 7月25日，记者从中国科学院化学研究所获悉，来自该所等单位的科研人员研发出新型高性能聚合物热电材料——PMHJ薄膜，有望大幅提升材料的热电性能，为高性能塑料基热电材料研究提供了全新思路。相关研究成果在线发表于《自然》杂志。,  碳元素可以与氢、氧、氮、磷、硫等元素形成化学键，从而构建出各种有机分子，这些分子单体通过周期性的键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，已经成为人们日常生活和高科技领域无处不在且不可缺少的材料体系。传统的聚合物为绝缘体，而在上世纪70年代，美国科学家艾伦·黑格、艾伦·马克迪尔米德和日本科学家白川英树发现碘掺杂的聚乙炔具备导电能力，彻底颠覆了“塑料不能导电”的传统认知，获得2000年诺贝尔化学奖。这一重要科学发现不但掀起了导电聚合物和其它光电分子材料的研究热潮，还催生了有机发光二极管（OLED）等电子产业，让光彩夺目的显示屏走进了我们的日常生活。,  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。而实际上，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。而在过去十余年中，人们利用分子创制、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，但其热电优值一直停留在0.5附近，远低于商品化无机热电材料的性能，这一性能困境直接制约了塑料基热电材料领域的发展。,,  高性能塑料基热电材料结构示意图。（中国科学院化学研究所供图）,  上述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突破提供了新路径。, ,