在微电子与新能源领域，热学与电学性能的深度关联长期制约着技术突破。传统材料若要实现高效发电与快速导电，往往伴随导热过快的问题，导致全球超过六成的低品位废热——如工业设备余热、电子器件散热等——难以被有效利用。这一矛盾被业界视为难以突破的“物理枷锁”。
近日，一支由上海交通大学、清华大学及香港城市大学科研人员组成的团队，在《科学进展》期刊上发表了一项颠覆性成果。他们通过重构材料界面结构，成功实现热流与电流的“分流控制”，创造出兼具超低导热率与超高发电效率的新型热电材料。实验数据显示，该材料横向导热率低至0.22 W/（m·K），较传统材料下降87%；而室温热电优值（ZT值）达1.51，功率因子突破176.2 μW/（cm·K²），关键指标均创行业新高。
研究团队突破传统“超晶格”设计的对称性限制，在碲化铋与铂交替堆叠的纳米薄膜中，构建出厚度呈5、10、15纳米梯度分布的层状结构。这种非均匀界面如同为声子（热量载体）设计的“纳米迷宫”：不同波长的声子在穿越厚度变化的层间时，因多次反射形成安德森局域化效应，热量被牢牢锁在材料内部；而电子因波长极短，非均匀结构反而形成特殊的二维传导通道，使其纵向迁移率显著提升。
技术验证环节，团队展示了该材料在柔性器件与固态制冷领域的双重潜力。基于该技术制备的薄膜器件可承受千次弯折而不衰减性能，仅需人体体温与环境温差即可稳定发电，为智能穿戴设备与植入式医疗装置提供了自供电解决方案。在垂直固态器件测试中，60℃温差下体积发电功率密度已接近内燃机水平，同时展现出无噪音的固态制冷能力，可精准调控计算机芯片、光电探测器等高密度器件的温度。
“我们并非改变材料成分，而是通过调控界面‘秩序’实现性能跃升。”团队负责人胡志宇教授比喻道，“这相当于从设计单一材料转向设计材料间的关系网络。”该研究提出的“统计界面工程”范式，为解决热电转换领域的世纪难题提供了全新路径，其普适性设计思路有望推动新能源、电子信息等多领域的技术革新。目前，相关技术已进入工程化验证阶段，未来或将在工业余热回收、绿色数据中心等领域实现规模化应用。
