当青岛科技大学高分子学院的实验室灯光穿透深夜，刘凯教授盯着Nature杂志邮件上“正式接受”的字样，指尖在键盘上悬停良久。“成了！”他轻轻舒了口气，14年学术征途上的风霜与星光，3年集中攻关的迷茫与坚持，此刻都凝在这行字里——对于34岁的刘凯而言，这不仅是为母校青岛科技大学捧回了首篇Nature正刊论文，更是给百年橡胶工业史，亲手嵌上了一块“会发电”的里程碑。

颠覆百年认知

刘凯的研究对象，是“热电弹性体”。“传统橡胶像根普通橡皮筋，能拉弹却守着‘绝缘体’的本分；聚合物半导体有发电潜力，却脆得像玻璃。”刘凯总爱用这个比喻拆解他的研究，“我们要做的，就是给‘橡皮筋’编织会导电的‘智能丝线’，拉得越长，电通路越坚韧。”

而这个看似简单的“编织”，曾是横亘百年的科学天堑。弹性体的高拉伸回弹与热电性能，在学界认知里如同“跷跷板”的两端，从未被同时驯服。

“认知就是用来打破的。”正是这种“挑战不可能”的执念，让刘凯开始了这场首创“热电弹性体”的关键战役。

2022年，刘凯在北京大学做博士后研究工作，在与博后合作导师雷霆教授的交谈中，团队感叹“柔性电子缺个能拉伸的电源”，这句话像闪电击中了他——本硕阶段的橡胶研究与博士阶段的半导体经验，突然有了交汇点。

“那一刻，我突然明白，过去十年的积累不是弯路，而是在为这个问题铺路。”他感慨道。

基于自身学术交叉研究经验，刘凯在实验过程中发现弹性体的拉伸回弹性与其热电性能并非绝对互斥，关键在于构建“体相纳米相分离共混形貌”和“拉伸-回弹交联网络”，使材料在拉伸形变后仍能维持有效的电荷传输路径，这一发现当时也获得雷霆老师的认可和期待。

随后，团队反复将弹性体、共轭聚合物与掺杂剂按比例进行配比与混合，实验结果验证了团队的假设——当样品被拉伸至150%时，所制备热电弹性体的热电功率因子非但未下降，反而显著提升至初始值的100%。这一发现令团队惊喜，充分证明所采取的策略具有有效性。更惊人的突破接踵而至。少量交联剂的加入，让材料像被注入“魔法”：极限拉伸率冲破800%，是传统橡胶的4倍以上；150%应变下回弹率高达90%。

“这组数据背后，是分子设计的精妙——这直接解决了柔性电子器件中材料因拉伸导致性能衰减的核心痛点，让‘鱼与熊掌兼得’从幻想照进现实。”刘凯解释。

经过3年攻关，在今年发表的新研究中，刘凯首次实现“热电弹性体”这一概念，将材料科学从“单一性能优化”推向“多维度功能集成”，让橡胶从工业密封件、轮胎等传统材料“配角”，一跃成为可穿戴电子、废热回收、智能软体机器人的能源“主角”。

这“从0到1”的原创性和应用潜力，是其被Nature关注的核心原因。

橡胶人的韧性

“这篇论文用了3年，却藏着10年多的蓄力。”刘凯感慨道。

2011年，刘凯考入青岛科技大学，4年的本科学习让他对高分子材料与工程橡胶方向产生了浓厚兴趣，并留校继续读研，在华静教授的指导下，刘凯开始接触橡胶功能化改性。

“那时的我每天泡在实验室，从弹性体分子结构调控到功能添加剂的筛选，再到性能评价体系的构建，探索着橡胶材料的性能边界。”刘凯回忆起来，眼神中仍旧闪烁着光。

正是那段日子，刘凯摸清了橡胶分子链的“脾气”，发表了11篇学术论文，为后续的突破打下坚实的基础。

2018年进入中科院化学所刘云圻院士团队攻读博士学位后，在导师郭云龙研究员悉心指导下，刘凯致力于通过弹性体与光电材料的协同设计，突破传统刚性器件的局限性。为复现Science上的可拉伸晶体管技术，他连续经历365个“16小时工作日”，失败的实验记录堆成半人高，却也摸清了柔性电子的“命门”。凭借这种坚持与毅力，刘凯在博士期间以第一作者发表13篇SCI文章，包括多篇Nature子刊、JACS和AM文章，为后续“多功能弹性半导体材料“相关研究工作的开展奠定了坚实基础。

为补足国内在高端弹性体材料的技术短板，北大博后阶段，刘凯开始“热电弹性体”新材料领域研究。“最艰难的瓶颈期，材料拉伸到20%就会出现热电性能‘断崖式下跌’现象。那段日子，实验室彻夜亮灯，每天测试几十种配方……”他说。

2024年6月，面对多所顶尖高校的橄榄枝，刘凯选择回到青岛科技大学。谈到回归母校的初心，刘凯表示既是延续恩师的学术包容，更是让“橡胶黄埔”的底蕴长出新枝。

“学校在橡胶领域的传统优势毋庸置疑，但成果多集中在应用型论文，学术影响力与国际顶尖期刊的互动相对有限。”他说。

面对“成果积累慢”与“研究方向不被看好”的双重考验，刘凯还是选择继续深耕橡胶与光电、热电等新兴技术的交叉融合，立志推动青科大橡胶研究从“重要的传统工业材料”迈向“高端功能化智能材料”的新领域，在“材料——能源——电子”交叉领域进入国际前沿。

“最大的挑战并非单一技术难点，而是如何在动态调整中保持研究方向的聚焦性。比如从弹性体功能化到可拉伸电子器件，再到热电弹性体的跨领域延伸，每一次转折都需要平衡创新与延续。”

这一路走来，刘凯的学术地图上，每一步都印着“橡胶”的韧性、延展性。

今年7月，经过2位审稿人轮番提问、3轮大改、近100个问题的回复……论文被Nature正刊接收。

而这，或许是对“橡胶品格”最好的传承与创新。

拉伸世界边界

作为一支跨学科团队，“橡胶智能电子交叉创新团队”承载着刘凯的抱负。

从清华大学引进的“山东省泰山学者”张浩专注于水凝胶材料的合成及其在柔性电子器件中的应用，作为“山东省海外优青”的刘凯凯（香港理工大学）则深耕共轭聚合物设计合成。青岛科技大学与中科院化学所、北京大学通过三方协作与优势互补，而刘凯正式连接这一跨校合作的关键纽带。

“传统橡胶研究不能只盯着轮胎与密封件，要让它走进可穿戴电子、废热回收、柔性机器人等新兴领域的星辰大海。”他说。

如今实验室里，智能弹性体正在接受“炼狱考验”，刘凯解释：“目前开发的弹性体多集中于单一功能（如热电或光电），但实际应用需要材料同时具备多维度性能，如何通过分子设计或结构调控实现‘功能耦合’，针对光电皮肤、热电皮肤、生物传感器等具体场景，使弹性体的功能化改性进一步适配实际需求，是团队进一步的课题。”

站在高分子学院的走廊里，刘凯望着墙上的历史展板，从天然橡胶的发现到合成橡胶的诞生，再到如今的热电弹性体，百年光阴在弹性形变中流淌。

“科研就像橡胶，既要守得住韧性，更要敢拉伸边界。”他指尖划过那块能发电的“智能橡皮筋”，拉伸时它温顺如绸，回弹时它蓄力如弓，恰如一代代青科大人的坚守与突破。

“未来的智能手表，或许真能和充电线说再见。”刘凯笑着介绍，“志愿者手臂上的薄膜将人体代谢热在此转化为电能，为心率监测器续航；工厂管道外的柔性贴片，让废热流回电网；更前沿的‘电子皮肤’既能回收深海探测器的摩擦热，又能贴合宇航员宇航服供电……”

Nature正刊的发表不是终点而是起点。实验室的计划表上，“电子皮肤”的多功能集成、产业化中试线建设已排上日程。

从青岛的海滨实验室到Nature的国际舞台，刘凯与青科大合作历程印证：真正的创新，既蕴含着传承的温度，更需要突破边界的勇气。而未来的橡胶，正以电的速度，奔向更辽阔的世界。