有机热电材料有望成为物联网和可穿戴电子产品的灵活能源。然而，与传统材料相比，有机热电材料的无量纲性能系数 (ZT) 相对较低，这已成为其在热电发电和固态冷却方面的应用的主要障碍。

中国科学院化学研究所邸崇安教授和北京航空航天大学赵立东教授及其同事引入了一种聚合物多异质结(PMHJ)结构，实现了ZT超过1.0。该研究发表在《自然》杂志上。

理想的热电材料应符合“声子-玻璃-电子-晶体”模型，目前提高功率因数是高性能有机热电材料发展的主要方向，尽管人们努力通过评估热导率来提高热电效率，但由于缺乏有效的软材料体系中声子散射策略，导致近十年来ZT值飞跃的进展受阻。

在这项研究中，研究人员提出了 PMHJ 结构来控制有机系统中的热导率。这种新颖的设计具有周期性排列的纳米结构，每个聚合物层的厚度小于 10 纳米。相邻的界面层厚度约为两个分子层，并表现出本体异质结特性。

研究人员通过精确控制聚合物层厚度和界面结构特征，研究了PMHJ结构内部声子/类声子热振动的尺寸效应和弥散散射。

他们发现，随着层厚度沿共轭主链方向接近声子平均自由程，界面散射加剧，导致薄膜的晶格热导率显著降低70%以上，至0.1 W m -1 K -1。此外，他们发现掺杂的(6,4,4)薄膜表现出优异的电输运性能，其功率因子高达628 μW m -1 K -2，最大ZT达到1.28，远远超过目前的有机热电材料。

除了这些成就之外，PMHJ 薄膜还与大面积溶液加工技术兼容。热电集成器件表现出令人印象深刻的 1.12 μW cm -2 K -2归一化功率密度，凸显了其在柔性电源组件中的应用潜力。

这项研究强调了纳米结构工程在克服由于低 ZT 导致的弱相互作用塑料的限制方面的重要性。它为塑料基热电材料的进步提供了一种新方法。

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