爱游戏在线登录: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

  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，有望大幅度的提高材料的热电性能，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能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，慢慢的变成了人们日常生活和高科技领域无处不在且必不可少的材料体系。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。

  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。更为神奇的是，很多导电聚合物可当作热电材料。也就是说，当在聚合物薄膜上施加温度差时，材料两端就会产生电动势（塞贝克效应）；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（帕尔贴效应）。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。这些功能的实现都需要发展高性能的聚合物热电材料，该领域的研究成为材料科学的前沿热点和最具挑战的方向之一。

  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”。科学界一致认为，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。

  中国科学院化学研究所朱道本/狄重安研究团队、北京航空航天大学赵立东课题组及国内外其他七个研究团队合作，提出并构建了聚合物多周期异质结（PMHJ）热电材料。具体而言，是利用两种不同的聚合物构建周期有序的纳米结构，其中每种聚合物的厚度均小于10纳米，两种材料的界面约为2个分子层的厚度，并且界面层内部呈现体相混合的特征。这一纳米限域的结构不仅能保证有效的电荷传输，同时能高效散射声子与类声子传播。也就是说，PMHJ薄膜相对普通聚合物薄膜更接近“声子玻璃-电子晶体”模型，有望大幅度的提高材料的热电性能，从而为高性能塑料基热电材料的研究提供了全新思路。

  研究团队利用中国科学院化学研究所张德清课题组和英国牛津大学Iain McCulloch课题组发展的PDPPSe-12和PBTTT两种聚合物，以及韩国蔚山科学技术院BongSoo Kim课题组发展的交联剂，结合分子交联方法，构筑了具有不一样结构特征的PMHJ薄膜。通过系统实验及与清华大学王冬课题组的理论合作研究，揭示了其热导率的尺寸效应和界面漫反射效应。当单层厚度接近共轭骨架的“声子”平均自由程时，界面散射显著地增强，薄膜的晶格热导率降低70%以上。当两种聚合物及其界面层厚度分别为6.30.5、4.20.4和3.90.4纳米时，氯化铁掺杂的PMHJ薄膜展现出优异的电输运性质，368 K下的热电优值（ZT）为1.28，达到商品化材料的室温区热电性能水平，直接带动塑料基热电材料步入ZT1.0时代。此外，PMHJ结构具备优秀能力的普适性，其加工方式与溶液法制备技术兼容，在柔性供能器件方面具备极其重大应用潜力。

  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。

  “用体温为手机充电，让篝火成为野营的电力之源……”，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”的邂逅能够产生各种“触手可及”的清洁能源，实现所有的奇思妙想。（宋雅娟）

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  湿地、森林、海洋并称为全球三大生态系统，湿地具有类型多样、分布广泛的特点，是很重要的生态环境资源。然而，湿地ECO十分脆弱，一旦受到伤害和破坏，恢复工作可能复杂困难且十分漫长。

  2024年英国范堡罗国际航空展26日闭幕。从这届航展能够正常的看到全球航空业的最新趋势：绿色航空技术正引领行业方向，低空经济已加速发展，人工智能等新兴技术开始与相关产业深度融合。

  美国南加州大学科学家利用“基因魔剪”——CRISPR基因编辑技术，将人体免疫细胞B细胞变成体内的微型监测机器和“抗体工厂”，生产专用抗体来摧毁癌细胞或艾滋病病毒。

  来自瑞士和美国等国家的科学家，利用人工智能（AI）技术监测了气候平均状态随时间的变化对地球自转的影响。根据研究结果，他们都以为，人为造成的气候平均状态随时间的变化正在不断扰乱地球的自转，导致每日时长（即日长）变长。

  能不能采取智能化的办法对农作物病虫害进行预测预报？早在上世纪80年代，西北农林科技大学就开始了小麦赤霉病的监测预警研究，先后建立了小麦赤霉病机理模型和多个经验模型。

  全国古树名木保护工作现场推进会25日在四川省广元市召开。记者在会上获悉，我国将每10年组织并且开展一次古树名木资源普查，适时开展补充调查，掌握资源底数和管理状况，对古树名木建档立卡。

  国家航天局25日在京举行国家民用空间基础设施大气环境监视测定卫星、陆地ECO碳监测卫星的投入到正常的使用中仪式。这两颗卫星投入使用后，将对大气环境与陆地ECO开展监测，为建设美丽中国，有力应对全球气候平均状态随时间的变化，实现“双碳”目标提供重要的数据支撑。

  在很多人看来，塑料是不能导电的。但实际上很多塑料也能导电，这种塑料被称为导电聚合物。科学家们发现，让这种导电聚合物薄膜出现温差，它就可以发电，这就是聚合物热电材料。

  近日，中国科学院高能物理研究所牵头的科研团队，利用自主研制的极目空间望远镜和国际上的费米卫星伽马射线监测器的观测数据，在伽马暴中发现能量高达37兆电子伏的伽马射线谱线，且谱线的能量和光度均以幂律形式演化，这是迄今观测到的宇宙天体产生的能量最高、证据最确凿的谱线，为破解伽马暴及相对论性喷流产生之谜提供了全新的重要线

  资料显示，龙卷风属于局地性、小尺度、突发性的强对流天气，是在极不稳定的天气状况下，空气对流运动造成的强烈、小范围空气涡旋。当龙卷风袭来，如果身处户外，要观察龙卷风动态，及时避开其行进路径；远离大树、电线杆、广告牌、高围墙等，以免被砸、被压。

  如今，科技慢慢的变成了体育竞技不可或缺的一部分。它不仅提升了运动员的表现，丰富了观众的观赛体验，还促进了体育产业的升级和发展。

  记者24日从中国科学院云南天文台获悉，由该台研究员张居甲领衔的国际合作团队，近期成功捕捉到超新星的爆炸激波冲破其外围致密星周物质的壮观瞬间。

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  “这是世界首台（套）300兆瓦压缩空气储能电站，类似‘超级充电宝’，每天可储能8小时、释能5小时，全年发电量约5亿千瓦时。压缩空气储能具备大功率、长寿命、深调峰、易选址等特点，单机功率可实现数百兆瓦甚至吉瓦级的储能容量，寿命通常可达30年以上。

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  近年，人工智能、虚拟现实、超高清等新科技对视听行业产生着显著而深入的影响。