【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】熱電材料能夠利用元件兩端的溫差，直接將熱能轉(zhuǎn)換為電能，在廢熱發(fā)電、綠色制冷等領(lǐng)域頗具應(yīng)用潛力。在種類(lèi)繁多的熱電材料中，無(wú)機(jī)纖維因優(yōu)異的機(jī)械性能、抗腐蝕和耐高溫等性能而備受關(guān)注。玄武巖纖維(BF)是以天然火山巖為原料、經(jīng)高溫熔融后制成的連續(xù)纖維，具有強(qiáng)度高、耐高溫和熱導(dǎo)率低等性能，但它的絕緣特性限制了在熱電纖維領(lǐng)域的發(fā)展。
近期，中國(guó)科學(xué)院新疆理化技術(shù)研究所與香港中文大學(xué)(深圳)合作，分別將一維碳納米管(CNT)和二維石墨烯(RGO)分散在環(huán)氧乳液中，獲得了具有導(dǎo)電性能的納米復(fù)合浸潤(rùn)劑。科研人員將所得浸潤(rùn)劑涂覆于玄武巖纖維表面，制備出基于玄武巖纖維的熱電轉(zhuǎn)換材料(圖1)。研究表明，所得纖維均為N型半導(dǎo)體且表現(xiàn)出優(yōu)異的熱電轉(zhuǎn)換性能，塞貝克系數(shù)(表征材料由于溫差而產(chǎn)生電壓的能力)分別為-46.34 µV/K和-20.18 µV/K。由于不同納米復(fù)合浸潤(rùn)劑的引入，使玄武巖纖維的單絲拉伸強(qiáng)度由1258MPa(BF)分別提升至1549MPa(CNT/BF)和1679MPa(RGO/BF)，分別提升了23%(CNT/BF)和33%(RGO/BF)，表明浸潤(rùn)劑對(duì)纖維表面缺陷結(jié)構(gòu)具有良好的修復(fù)作用。此外，納米復(fù)合浸潤(rùn)劑可有效提升纖維與樹(shù)脂之間的相互作用，CNT/BF和RGO/BF與環(huán)氧樹(shù)脂之間的界面剪切強(qiáng)度分別提升52%和154%。該研究通過(guò)表面改性技術(shù)賦予玄武巖纖維獨(dú)特的多功能特性，為此類(lèi)纖維的應(yīng)用提供了新思路。
相關(guān)研究成果發(fā)表在Colloids and Surfaces A: Physicochemical andEngineering Aspects上。研究工作得到新疆“天山英才”培養(yǎng)計(jì)劃和中國(guó)科學(xué)院等的支持。
玄武巖纖維基熱電轉(zhuǎn)換材料的制備及工作原理
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