柔性热电材料是可穿戴电子、物联网设备自供电的核心候选材料，共轭聚合物因杨氏模量低、溶液可加工性优异，成为轻量化、低成本柔性热电发生器的研发重点，但这类材料的热电性能远落后于柔性无机材料，且缺乏可规模化的制备方法，其无量纲热电优值（zT）通常低于0.5，难以满足实际应用需求，这是该研究的核心背景与待解决问题。
理想的热电材料需遵循 “声子玻璃-电子晶体” 模型，即实现非晶态的声子散射以降低热导率，同时保持晶态的电荷传输以提升电导率。多孔结构虽能通过材料-孔界面增强声子边界散射，在无机热电材料中成功降低了热导率，但将该思路应用于聚合物时，多孔界面往往会破坏电荷传输路径，即便制备规则纳米孔聚合物，也未能显著提zT，核心原因是聚合物的孔形、尺寸和空间排布对声子散射的调控不足，且难以兼顾热导率降低与电荷传输保持。
此前提升聚合物热电性能的尝试，如制备聚合物多异质结，虽能将zT提升至1.2以上，但需要多达上百次的涂层重复，制备工艺复杂、难以规模化；柔性无机热电材料虽zT可达 1.3~1.4，但存在加工温度高、柔性与轻量化不足的问题。同时，高迁移率共轭聚合物本身存在不规则晶域与无定形缠结交织的结构，会产生多种振动模式加速热传导，如何通过结构调控同时抑制热传导、提升电荷迁移率，成为聚合物热电材料突破的关键难题。
为解决共轭聚合物热电性能偏低、现有制备工艺复杂，以及传统多孔改性会破坏电荷传输的问题，中国科学院化学研究所狄重安研究员和朱道本院士等人提出了一种全新的设计策略，构建出多尺度随机分布的不规则分级孔热电聚合物（IHP-TEP）薄膜。该结构通过多尺度孔界面实现超72 %的晶格热导率降低，同时借助孔间限域效应提升聚合物结晶度与载流子迁移率，成功解耦热传输与电荷传输。优化后的薄膜在343 K时zT值达1.64，创柔性有机热电材料纪录，且兼容喷涂工艺，可大面积规模化制备，还具备优异的柔性与力学相容性，其设计原则还能推广至多种共轭聚合物体系，为高性能柔性热电材料研发提供了通用方案。该成果以“Irregular hierarchical-porous polymer for high-performance soft thermoelectrics”为题发表在国际学术期刊《Science》。
图1. 不规则分级孔热电聚合物的设计理念与表征 © 2026 AAAS
图2. 不规则分级孔热电聚合物薄膜的微观结构 © 2026 AAAS
图3. 不规则分级孔热电聚合物薄膜的热电性能 © 2026 AAAS
图 4. 不规则分级孔热电聚合物薄膜的性能特征 © 2026 AAAS
该研究突破了传统多孔改性在聚合物中难以兼顾热导率抑制与电荷传输的瓶颈，证实通过多尺度不规则分级孔的结构精准设计，可利用限域效应实现热-电传输的解耦调控，为践行“声子玻璃-电子晶体”模型提供了聚合物体系的新路径。揭示了材料微观结构的几何特征（形状、尺寸、分布）对声子散射的关键影响，证明不规则结构比规则结构更能实现高效热传导抑制，为聚合物热电材料的结构工程提供了新设计思路。此外，这一理念还验证了相分离法结合规模化涂覆工艺的可行性，实现了高性能与可量产的兼顾，为柔性功能聚合物从实验室走向实际应用搭建了桥梁，推动了柔性热电材料领域的共性技术发展。
原文信息：Xiao Zhang et al., Irregular hierarchical-porous polymer for high-performance soft thermoelectrics. Science 391, 1063-1069 (2026).
https://www.science.org/doi/10.1126/science.adx9237
