據(jù)美國《每日科學(xué)》網(wǎng)站5月5日報道，熱電材料是一種能將熱能和電能相互轉(zhuǎn)換的功能材料，目前的有機(jī)半導(dǎo)體熱電材料的熱電轉(zhuǎn)化效率一般比較低。美國科學(xué)家最新發(fā)現(xiàn)了一種方法，將目前表現(xiàn)最好的有機(jī)半導(dǎo)體熱電材料的效率提高了70%。研究發(fā)表在5月5日出版的《自然?材料學(xué)》雜志上。

      現(xiàn)在最高效的熱電材料一般由鉍、碲、硒等相對來說比較少見的無機(jī)半導(dǎo)體組成，這些元素昂貴、易碎，而且有些還有毒。有機(jī)半導(dǎo)體不僅便宜、儲量豐富而且輕便、堅固，但一直以來，這類熱電材料在熱?電轉(zhuǎn)化過程中的表現(xiàn)差強(qiáng)人意。無機(jī)半導(dǎo)體熱電材料的熱電轉(zhuǎn)化效率幾乎是有機(jī)半導(dǎo)體熱電材料的4倍。

      科學(xué)家們一般用“性能指數(shù)”這一值來反映材料的熱電轉(zhuǎn)化效率。目前，在室溫下，最高效的無機(jī)熱電材料的“性能指數(shù)”接近1；而有機(jī)半導(dǎo)體熱電材料的“性能指數(shù)”僅為0.25。

      現(xiàn)在，科學(xué)家們將最好的有機(jī)半導(dǎo)體熱電材料聚3,4-亞乙二氧基噻吩-聚苯乙烯磺酸（PEDOT:PSS）的“性能指數(shù)”提高了70%，達(dá)到0.42，為目前最好的無機(jī)半導(dǎo)體熱電材料的一半。

      PEDOT:PSS由PEDOT和PSS兩種物質(zhì)構(gòu)成，PEDOT是EDOT（3，4-亞乙二氧噻吩單體）的聚合物，PSS是聚苯乙烯磺酸鹽。PEDOT:PSS以前被用作有機(jī)發(fā)光二極管（OLED）、有機(jī)太陽能電池等設(shè)備的透明電極；也被用來做膠片等材料的防靜電劑。

      科學(xué)家們一般采用摻雜這一過程來增加材料的導(dǎo)電能力，當(dāng)朝某種材料添加攙雜劑時，摻雜劑就給主材料提供了電載體，每個添加進(jìn)去的電載體都能增強(qiáng)原材料的導(dǎo)電能力。然而，當(dāng)在PEDOT中摻雜PSS時，實(shí)際上只有很少量的PSS同PEDOT結(jié)合，其余的PSS分子并沒有離子化，化學(xué)活性也不強(qiáng)。研究人員發(fā)現(xiàn)，這些過量的PSS分子會顯著抑制PEDOT:PSS的導(dǎo)電能力和熱電性能。

      該研究的領(lǐng)導(dǎo)者、密歇根大學(xué)機(jī)械工程、電子工程和計算機(jī)副教授凱文?派普表示：“不活躍的PSS分子會進(jìn)一步將PEDOT分子推開，使電子更難在PEDOT分子之間跳躍。離子化的PSS分子會提高PEDOT:PSS的導(dǎo)電性，而沒有離子化的PSS分子則會降低其導(dǎo)電性。”

      為了提高PEDOT:PSS的熱電效率，科學(xué)家們在納米尺度對這種材料的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了調(diào)整，也使用了一些溶劑將那些未被離子化的PSS分子從該材料中移走，從而顯著提高了其導(dǎo)電能力和熱電轉(zhuǎn)化效率。

      這種特殊的有機(jī)熱電材料將在溫度達(dá)到250華氏度（約121攝氏度）時開始工作。派普表示：“最新技術(shù)有望讓我們制造出一種柔性薄片，能包裹某個熱物體來發(fā)電或者制冷。”