現(xiàn)在最高效的熱電材料一般由鉍、碲、硒等相對(duì)來(lái)說(shuō)比較少見的無(wú)機(jī)半導(dǎo)體組成，這些元素昂貴、易碎，而且有些還有毒。有機(jī)半導(dǎo)體不僅便宜、儲(chǔ)量豐富而且輕便、堅(jiān)固，但一直以來(lái)，這類熱電材料在熱—電轉(zhuǎn)化過(guò)程中的表現(xiàn)差強(qiáng)人意。無(wú)機(jī)半導(dǎo)體熱電材料的熱電轉(zhuǎn)化效率幾乎是有機(jī)半導(dǎo)體熱電材料的4倍。
科學(xué)家們一般用“性能指數(shù)”這一值來(lái)反映材料的熱電轉(zhuǎn)化效率。目前，在室溫下，最高效的無(wú)機(jī)熱電材料的“性能指數(shù)”接近1；而有機(jī)半導(dǎo)體熱電材料的“性能指數(shù)”僅為0.25。
現(xiàn)在，科學(xué)家們將最好的有機(jī)半導(dǎo)體熱電材料聚3,4-亞乙二氧基噻吩-聚苯乙烯磺酸（PEDOT:PSS）的“性能指數(shù)”提高了70%，達(dá)到0.42，為目前最好的無(wú)機(jī)半導(dǎo)體熱電材料的一半。
PEDOT:PSS由PEDOT和PSS兩種物質(zhì)構(gòu)成，PEDOT是EDOT（3，4-亞乙二氧噻吩單體）的聚合物，PSS是聚苯乙烯磺酸鹽。PEDOT:PSS以前被用作有機(jī)發(fā)光二極管（OLED）、有機(jī)太陽(yáng)能電池等設(shè)備的透明電極；也被用來(lái)做膠片等材料的防靜電劑。
科學(xué)家們一般采用摻雜這一過(guò)程來(lái)增加材料的導(dǎo)電能力，當(dāng)朝某種材料添加攙雜劑時(shí)，摻雜劑就給主材料提供了電載體，每個(gè)添加進(jìn)去的電載體都能增強(qiáng)原材料的導(dǎo)電能力。然而，當(dāng)在PEDOT中摻雜PSS時(shí)，實(shí)際上只有很少量的PSS同PEDOT結(jié)合，其余的PSS分子并沒(méi)有離子化，化學(xué)活性也不強(qiáng)。研究人員發(fā)現(xiàn)，這些過(guò)量的PSS分子會(huì)顯著抑制PEDOT:PSS的導(dǎo)電能力和熱電性能。
該研究的領(lǐng)導(dǎo)者、密歇根大學(xué)機(jī)械工程、電子工程和計(jì)算機(jī)副教授凱文·派普表示：“不活躍的PSS分子會(huì)進(jìn)一步將PEDOT分子推開，使電子更難在PEDOT分子之間跳躍。離子化的PSS分子會(huì)提高PEDOT:PSS的導(dǎo)電性，而沒(méi)有離子化的PSS分子則會(huì)降低其導(dǎo)電性。”
為了提高PEDOT:PSS的熱電效率，科學(xué)家們?cè)诩{米尺度對(duì)這種材料的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了調(diào)整，也使用了一些溶劑將那些未被離子化的PSS分子從該材料中移走，從而顯著提高了其導(dǎo)電能力和熱電轉(zhuǎn)化效率。
這種特殊的有機(jī)熱電材料將在溫度達(dá)到250華氏度（約121攝氏度）時(shí)開始工作。派普表示：“最新技術(shù)有望讓我們制造出一種柔性薄片，能包裹某個(gè)熱物體來(lái)發(fā)電或者制冷。”
