近日，中国科学院福建物质结构研究所林悦研究员团队与国防科技大学陈晨、程海峰团队联合攻关，在国际知名期刊《Advanced Materials》上发表最新成果：他们借鉴塑料工业中常用的成核剂技术，通过在半结晶导电聚合物中引入极少量塑料添加剂，大幅提升了聚合物的热电转换效率。该方法为未来可穿戴设备、柔性电子和可持续能源的材料研发带来了全新思路。
导电聚合物在可穿戴电子、柔性传感和绿色能源等领域一直备受关注，但其热电性能,特别是功率因子，始终难以与传统无机材料比肩。研究团队选取半结晶导电聚合物聚(2,5-双(3-烷基噻吩-2-基)噻吩并[3,2-b]噻吩)（PBTTT-C14），在其中仅添加 0.9wt% 的成核剂 N,N′-(1,4-苯基)双异烟酰胺（PDA），便实现了材料性能的显著跃升：结晶度提升 45%，电导率增大 96%（高达 1,894 S cm⁻¹），热电功率因子更是提升 433%（达到 176 μW m⁻¹ K⁻²），性能表现令人瞩目。“这一研究证明，我们并不需要依赖机械拉伸或复杂工艺来控制半导体聚合物的微观结构，”该项目通讯作者林悦研究员表示，“在传统塑料工业的工程化加工手段中，凝结了历代工程师的经验和智慧。我们发现，向半导体材料体系中引入类似的成核剂方法，可有效调控晶体结构，从而大幅提升导电性能。成核剂技术简单易行，添加剂本身成本低廉、易于获取，这为有机热电材料的规模化与产业化奠定了基础。”研究团队通过 X 射线散射（GIWAXS）、原子力显微镜（AFM）与差示扫描量热法（DSC）等手段，对材料微观结构演变进行了详尽表征。结果显示，在高温下，PDA 均匀溶解并在冷却过程中自组装成纳米级结构，这些结构帮助 PBTTT-C14 分子链更有序地排列，增大结晶区域，减少晶界电阻，从而显著提升了电荷迁移率。此外，研究中还结合了离子交换掺杂（Ion Exchange Doping）工艺，在进一步提高电导率的同时确保了材料较高的结晶度，为性能提升提供了有力支撑。这一突破为高性能导电聚合物在柔性电子、智能纺织品、便携式能源设备等领域的应用打开了新局面。相比于传统无机热电材料，导电聚合物具有轻质、柔韧、低成本、环保等优势，尤其适宜可穿戴式设备和柔性传感器等应用场景。联合团队表示，下一步将继续探索其他类型的成核剂，进一步优化材料性能，并推动其在柔性电子、新能源器件等方向的潜在产业化落地。该项目获得国家自然科学基金、闽都创新实验室、国防科大创新基金等的支持。近年来，中国科学院福建物质结构研究所林悦团队在热输运物理学及高性能热学功能材料领域已取得系列进展，相关成果发表于：Newton. 2025, 1, 100008；Adv. Funct. Mater. 2024, 2419776；Adv. Funct. Mater. 2024, 34, 2402276；ACS Materials Lett. 2024, 6, 4351−4359；Nano Lett. 2023, 23, 3352−3361此次利用成核剂实现热电性能的大幅提升，再次为导电聚合物领域注入了新的活力，也展现了从传统塑料到前沿半导体材料之间的跨界联动与融合潜能。研究团队期待更多学术机构和企业参与，共同拓展相关研究的应用前景，为柔性电子与可持续能源技术的发展带来更多可能。
论文信息：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
https://doi.org/10.1002/adma.202417594
通讯作者简介：
林悦，中国科学院福建物质结构研究所，研究员，博士生导师
·主要研究方向：热学功能材料，包括复杂材料体系的热输运物理学、功能纳米复合材料设计与制备、以及先进芯片热管理材料及系统集成
·迄今在Adv. Mater.、Newton、Energy Environ. Sci.等具有国际影响力的学术期刊上发表研究论文30余篇。同时，拥有已授权国际专利30余件，2个专利集群成功转让国内外知名公司，实现产业化。
·获国家高层次青年人才计划 (2022)、福建省自然科学基金“杰出青年”基金 (2022)、福建省“百人计划” (2020)、欧盟“玛丽居里全球学者计划 （Marie Curie Global Fellowship）”(2018)等项目支持。
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