热电技术能够直接把温差转化为电能,在人体体温能量回收、偏远地区供电、深空探测与国防装备特种电源等场景具备独特优势。
然而,长期以来热电领域也面临“效率与可靠性难兼顾、材料设计周期长、应用落地成本高”等共性难题:效率不足会限制工程化价值,器件衰减与稳定性问题会影响长期供能,材料与器件之间的耦合机制不清则会拖慢产业迭代。
针对这些“卡点”,陈立东的研究路线强调两类目标并行:一类面向急需,强调“能用、好用”;另一类面向科学未知,强调“敢想、好玩”,以新发现反哺技术路径。
其背后逻辑是,热电技术要真正走向大规模应用,既要解决眼前工程问题,也要在材料输运机理、结构设计规律等基础层面形成可持续的创新供给。
从原因层面看,热电性能提升依赖电输运与热输运的协同优化,但二者往往相互牵制:提升电导可能带来热导上升,降低热导又可能损害载流子迁移。
为破解这一矛盾,陈立东团队围绕电—声输运协同调控提出新机制,发展新型高性能热电材料,并在器件制备环节攻关高效、高可靠、低衰减等关键工艺问题。
通过材料体系与器件工程的联动推进,团队将热电器件转换效率提升至15%,为深空探测等长寿命特种电源提供了关键材料与器件技术支撑。
相关成果获得国家自然科学奖二等奖、国家技术发明奖二等奖等重要奖项,也体现出我国在该细分领域从追赶到并跑乃至领跑的阶段性跨越。
与此同时,面向原始创新的探索也在打开新空间。
团队在实验中观察到一种半导体材料呈现类似金属的可弯曲特性,突破了人们对无机非金属材料普遍脆性的既有认知。
这一发现带动塑性热电材料与柔性器件研究的兴起,使热电技术从传统刚性发电组件延伸到柔性电子、可穿戴设备等方向。
对行业而言,这类“从0到1”的材料学突破不仅意味着新的应用形态,也可能改变器件结构设计、封装方式与可靠性评价体系,为下一代低功耗、分布式供能方案提供更多选择。
从影响层面看,热电技术的价值正在多维度显现。
对国家重大工程而言,高可靠特种电源关系到极端环境下的持续供能能力,是深空探测、海洋与极地监测等任务的重要支撑;对产业体系而言,热电在废热回收与能量再利用方面具备潜在的节能减排效益,可与工业流程优化形成协同;对民生应用而言,基于体温或环境温差的微能量采集,有望提升可穿戴设备的续航与便利性,推动更多低维护、长周期运行的传感网络落地。
如何进一步推动热电技术从实验室走向更广阔的应用场景?
陈立东提出的路径是“两头走”:一头推进实用化,围绕自主可控完善材料—器件—系统的工程链条,解决量产一致性、成本可控与长期可靠性等问题;另一头深耕原始创新,补齐基础理论与关键参数数据库,提升材料发现与性能预测效率。
围绕这一思路,他强调跨学科协同的重要性,通过汇聚化学、物理、计算等领域人才,以团队作战方式加快机制研究与工程验证的闭环。
同时,借助国际合作与人才交流,推动开放创新,但核心目标仍是把关键能力沉淀到国内体系中,形成可持续的自主创新链。
面向前景,热电领域的发展将更加强调“从材料到系统”的整体优化与“从单点突破到场景牵引”的转化路径:一方面,新材料创制需要更高效的筛选与验证体系,缩短从概念到样机的周期;另一方面,应用端要围绕深空探测、极端环境供能、工业余热回收和可穿戴微供能等场景建立标准化验证平台,让性能指标与使用需求更精准对接。
随着基础机理研究的深入、制造工艺的成熟以及应用生态的完善,热电技术有望在高端装备与绿色低碳转型中释放更大潜能。
陈立东的科研历程生动诠释了一个深刻的道理:真正的科学突破往往源于问题导向与好奇心的完美结合。
在"好用"与"好玩"的统一中,他推动了中国热电材料从"跟跑"到"领跑"的转变,证明了自主创新的可行性。
面对新时代的新要求,像陈立东这样既扎根基础研究、又关注实际应用的科学家,正是推动科技自立自强的中坚力量。
他的实践表明,只要坚守初心、聚焦方向、集聚人才,就能在看似"小众"的领域创造出"大价值",为国家战略需求提供有力支撑。