“这畸形于给导电团员物装上了‘高速公路’，让电子跑得更顺畅。”中国科学院福建物资结构研讨所研讨员林悦暗示。近日，他和团队在半结晶导电团员物 PBTTT-C14 中添加不到 1% 的成核剂 PDA，畸形于在 1 公斤材料里撒了不到 10 克的“魔法粉末”。实验终局令东谈主惊喜：材料结晶度耕种 45%，电导坦荡接翻倍，热电转机后果更是耕种了四倍多。
图 | 林悦（起头：林悦）
通过高精度的 X 射线衍射和原子力显微镜不雅察，他们发现 PDA 分子在材料冷却进程中会自觉枚举成整王人的“脚手架”，劝诱团员物分子像搭积木通常有序堆叠。这种微不雅结构的优化，既减少了电子在晶界处的“堵车”风景，又通事后续的离子掺杂工艺给材料“注入能量”，最终兑现了性能的跃升。
通过此，他们得手将“传统塑料工业的成核剂技艺”与“有机半导体热电材料的性能耕种”细巧集结，提供了一条更为简陋可行的加工改性门道，为有机电子学和柔性热电边界开辟了新的念念路。
伸开剩余86%关于关联论文，审稿东谈主以为这是对“热电团员物边界的一项超卓孝顺”，并充分认同了他们在提高 PBTTT-C14 这一热切团员物热电性能方面所作念的悉力。审稿东谈主还以为基于“平凡的物理和电子表征揭示了材料结晶度和迁徙率的耕种”，从而为性能优化提供了有劲支抓。同期，审稿东谈主对他们“运用在 PBTTT-C14 中添加 PDA 和离子交换法式来显耀提高热电功率因子”的研讨兴味浓厚，这进一步饱读吹该边界在后续的职责中络续挖掘成核剂与有机热电材料相集结的更多潜能，也会对其他半结晶团员物体系进行更深入和平凡的探索。
在应用远景上：这种轻质、柔嫩且耐弯折的团员物热电器件有望镶嵌到衣物或其他柔性基底中，为监测东谈主体健康、生理信号或者提供小功率的能量荟萃与供应。不错设想几个画面：登山爱好者的冲锋衣不仅能御寒，还能通过体温差为人人定位系统（GPS，Global Positioning System）成立抓续供电；糖尿病患者指导的柔性贴片，既能监测血糖又能自供电开动；以致以前的智能窗帘，白昼荟萃室表里温差发电，晚上自动调治透光度。
（起头：Advanced Materials）
将传统塑料加工理念与导电团员物相集结
在柔性电子、可衣服成立和可抓续动力等新兴边界，导电团员物因其轻、薄、柔的特点，被誉为“会发电的布料”。然则，与传统无机热电材料比拟，导电团员物在热电性能（如功率因子）方面永恒方于较着颓势，难以在骨子应用中取得与无机材料畸形的能量转机后果。
问题的根源在于材料里面的微不雅结构与规整度。传统塑料成品坐蓐中的要道参数——结晶度，平直影响材料的强度和透明度。举例，矿泉水瓶的结晶度越高，瓶身就越硬挺。受此启发，他们料到：既然塑料工业能用“成核剂”来调控结晶度，为什么不成把这个技艺迁徙到导电团员物边界呢？
他们试图通过鉴戒塑料工业对团员物结晶度的调控法式（举例添加成核剂），耕种有机半导体团员物的结晶度、镌汰其电阻和晶界散射，从而显耀提高其电导率和热电转机性能。
研讨的中枢方针在于探索一种浅易、高效、可大边界实践的法式，将传统塑料工业行之有用的加工理念与导电团员物相集结，为柔性电子、可衣服热电器件等带来更优异的性能与更平凡的应用远景。
“多一克少一克口感王人备不同”
据先容，研讨团队在永恒的导电团员物和热电材料研讨中发现：半结晶高分子在微不雅结构优化方面仍然存在较大可耕种空间，若何提高结晶度是要道。同期，团队认真到塑料工业在成核剂调控团员物结晶中已得到较多应用，便萌发了“能否将塑料工业的成核剂理念迁徙到导电团员物热电材料？”的主见。
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课题组先是筛选了多种成核剂，包括常见的有机分子过火繁衍物，进行小批量检修。借助差示扫描量热法（DSC，differential scanning calorimetry）不雅察成核进程的温度窗口，集结显微结构表征技巧，初步阐明了 PDA 八成有用耕种 PBTTT-C14 的结晶度。
在系统实验与优化阶段，他们详情了最好的掺入比例、溶液制膜要求，以及离子交换掺杂与成核剂协同调控的法式。大边界制备对比样品（包括纯团员物、不同浓度添加的团员物、引入不同掺杂体系等），并系统测量其电导率、塞贝克系数和热电功率因子。
通过原子力显微镜（AFM，Atomic Force Microscope）、广角 X 射线散射技艺、DSC 等技巧，课题组从微不雅圭臬揭示了 PDA 在冷却进程中缓缓自拼装并设备团员物链堆叠的进程。同期，他们还分析了晶界电阻、离子掺杂后果等要道参数，以清楚晶体有序度与载流子输运之间的内在揣摸。
日前，关联论文以《通过浅易添加成核剂提高半结晶导电团员物的热电性能》（Boosting Thermoelectric Performance of Semicrystalline Conducting Polymers by Simply Adding Nucleating Agent）为题发在 Advanced Materials[1]。
（起头：Advanced Materials）
事实上，“把塑料成核剂用到半导体团员物上”的主见源于与塑料加工企业的交流。在该项研讨开展之前，他们去参不雅一家塑料成品企业时，工程师随口提到：“咱们调整成核剂配比就像厨师调盐，多一克少一克口感王人备不同。”这句话倏得点醒了他们，既然塑料加工能通过成核剂精准死心结晶度，导电团员物为什么不成鉴戒这个念念路？
研讨团队相配酷好和企业的交流与联接，通常与从事高分子改性研讨的工程师和企业资深东谈主员进行深入探讨。这种工业技艺与基础研讨的碰撞，经常能迸发最妍丽的火花。
而在以前：
当先，他们将拓展更多成核剂体系。现在，他们正在搭建一个“成核剂数据库”，系统研讨不同分子结构对各样导电团员物的调控法规。就像化学家寻找催化剂那样，他们但愿八成找到某些“明星分子”，以便八成同期耕种多种材料的性能。团队谋划络续探索其他类型的成核剂，至极是具有更强相互作用或特地功能基团的分子，力求在保抓高结晶度的同期，进一步耕种电导率、优化塞贝克系数，得回更高的热电转机后果。
其次，他们将法式拓展到其他有机半导体体系。PBTTT-C14 仅仅半结晶有机半导体材料的代表之一，团队但愿把这一念念路在更多团员物中进行考证，寻找通用化的耕种有盘算推算。
再次，他们将开展产业化可行性测试。若能进一步简化制备工艺、提高巩固性、镌汰资本，团队但愿与企业联接，推动其在可衣服传感器、柔性发电织物等原型居品中的落地应用，并进行小批量坐蓐与现场测试。
林悦补充称：“我想共享两个要道词：敬畏与冲破。”要对传统工业数十年积聚的技艺机灵保抓敬畏，好多看似平素的工艺背后，可能都蕴含着潜入的科学旨趣。就像此次他们鉴戒的成核剂技艺，在塑料行业依然应用了半个世纪。好多在传统工业中行之有用的素养，可能在前沿材料与器件中依旧平坦大路。跨边界的疏导与交叉和会，经常能引发更多新念念路和新古迹。
同期，要对行业趋势有着雅致判断。跟着柔性电子与可衣服技艺的日益发展，粗陋、可弯折且兼具高性能的热电材料需求量将不绝增多。本研讨所展示的成核剂法式是一个极具后劲的主见，林悦暗示但愿更多科研团队或企业能加入到这个边界，共同推动技艺熟悉与买卖化落地。
参考贵寓：
1.Chen Chen, Yue Lin* et al., Boosting Thermoelectric Performance of Semicrystalline Conducting Polymers by Simply Adding Nucleating Agent,Advanced Materials, 2025. DOI: 10.1002/adma.202417594
排版：希幔迪士尼彩乐园2手机版
发布于：北京市