中国科学家破解热电转换难题，废热变宝

上海交通大学的胡志宇教授团队近日与清华大学、香港城市大学等研究机构联合发布了一项颠覆性的研究成果，破解了热电转换中的“鱼与熊掌不可兼得”难题，相关论文发表于国际学术期刊《科学进展》。该研究创新设计出“梯度界面尺寸分布”，有效解决了热量与电流的深度“捆绑”问题。

研究背景与挑战

在微电子与新能源领域，传统热电材料面临导电与导热的矛盾。高导电材料通常伴随高导热，导致大量低品位废热如汽车排气、工厂冷却等无法有效利用。如何使热量流动缓慢而电流流动迅速，成为科学家们亟待解决的难题。

创新设计与实验结果

研究团队提出了一种新的“统计界面工程”范式，通过在碲化铋和贵金属铂的交替堆叠中设计出厚度不均匀的梯度层状结构，成功实现了热量与电子的分离。实验结果显示，该材料的横向导热率降至0.22 W/(m·K)，比纯碲化铋薄膜降低约87%。同时，材料的室温热电优值（ZT值）提升至1.51，面内功率因子达到176.2 μW/(cm·K²），在同类薄膜中处于领先地位。

应用潜力与未来展望

该研究不仅是理论上的突破，团队还展示了其实际应用潜力。基于新技术制备的柔性薄膜器件，在经历1000次弯曲后性能几乎无衰减，能够利用人体温度与空气的微小温差产生稳定电压，适用于智能手环、智能皮肤及植入式医疗器械，免去定期充电的需求。此外，在垂直固态器件中，仅60度的温差下，其发电功率密度可媲美内燃机，展现出强劲的固态制冷能力，为高性能计算机芯片等提供无噪音的降温解决方案。

科学家的观点

胡志宇教授指出：“‘统计界面工程’是一种极具普适性的新思路，相当于从‘设计一种材料’变为‘设计材料之间的关系’。想要改变材料的命运，有时不需要更换成分，改变界面的‘秩序与分布’就能创造魔法。”

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