中国の科学者が柔軟な熱電材料技術を突破し、プラスチック薄膜を「エネルギー変換器」に変える

中国科学院化学研究所の朱道本院士、狄重安研究員チームは、国内の協力者と共同で、不規則な多段孔構造のプラスチック熱電薄膜を成功裏に開発しました。そのコア性能指標である熱電優値（zT値）は1.64を突破し、柔軟性のある熱電材料の同温区性能世界記録を更新しました。これにより、ウェアラブルデバイス、貼付式冷却、物联网センサーなどの技術発展に重要な材料基盤を提供します。

熱電材料は、熱エネルギーと電気エネルギーを相互変換できる「エネルギーマジシャン」であり、セーベック効果とピルツァー効果の二つの基本物理現象に基づいています。燃料や騒音なしで発電や冷却を行えるため、省エネ・脱炭素の分野で重要な役割を果たします。

**柔軟な熱電材料は、柔軟性と曲げやすさを兼ね備え、人体や衣服、あらゆる曲面に貼り付けて、周囲の「廃熱」を静かに電力に変換します。**特に、人体や曲面にフィットする柔性熱電材料は、廃熱回収の理想的な選択肢ですが、長年にわたり、「高電導率」と「低熱伝導率」の両立が難しく、zT値は無機材料に比べて低く、実用化の大きな壁となっていました。

この「魚と熊手を両取りできない」ジレンマを打破するため、研究チームは独自の「多孔無秩序-狭道秩序」二重構造を革新的に構築しました。この材料は、海綿のように大小さまざまな無秩序な孔が全体を覆い、ナノレベルの孔隙は型のように機能し、ポリマー分子の高度な秩序配列を促進します。この構造により、熱の伝達は妨げられ、電子の輸送は妨げられず、電気と熱の輸送のデカップリングと協調的向上を実現しました。

研究チームは、「ポリマー相分離」法を用いてこの材料を製造し、スプレー塗布による一括成型を可能にし、従来の技術と比べて製造難易度を大幅に低減しました。この新型熱電プラスチック薄膜は、ポリマー熱電材料のzT値を1.5超に歴史的に引き上げ、柔性熱電材料の世界記録を更新しました。

今後、この技術は広範な応用が期待されます。人体や環境の温度差5℃から10℃だけで十分な電力を生成でき、未来のさまざまなシナリオが想像されます。例えば、スマートウォッチを身につけてランニング中に、体温だけで充電できる。猛暑の夏には、薄くて軽い貼付シートを肌に貼るだけで涼しさを得られる。さらに、衣服に織り込んで「モバイル電源」として利用することも可能です。また、低コストの製造技術により、IoT時代のセンサーに持続的な電力を供給し、柔軟性によりさまざまな曲面に貼り付けられるため、応用範囲は大きく広がります。

**この突破は、ポリマー熱電材料の実用化を促進するとともに、軟質材料の熱電変換の規則性に対する理解を深め、今後の研究の道筋を明確にしました。**将来的には、一般的なプラスチックがマイクロ発電所に変身し、あらゆる場所の廃熱を貴重なエネルギーに変えることが期待されます。

（出典：央视新闻）