新材料：在玄武巖纖維基熱電轉換材料研究中獲進展
熱電材料能夠利用元件兩端的溫差，直接將熱能轉換為電能，在廢熱發(fā)電、綠色制冷等領域頗具應用潛力。在種類繁多的熱電材料中，無機纖維因優(yōu)異的機械性能、抗腐蝕和耐高溫等性能而備受關注。玄武巖纖維(BF)是以天然火山巖為原料、經高溫熔融后制成的連續(xù)纖維，具有強度高、耐高溫和熱導率低等性能，但它的絕緣特性限制了在熱電纖維領域的發(fā)展。
近期，中國科學院新疆理化技術研究所與香港中文大學(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，獲得了具有導電性能的納米復合浸潤劑?？蒲腥藛T將所得浸潤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換材料(圖1)。
研究表明，所得纖維均為N型半導體且表現出優(yōu)異的熱電轉換性能，塞貝克系數(表征材料由于溫差而產生電壓的能力)分別為-46.34 μV/K和-20.18 μV/K。由于不同納米復合浸潤劑的引入，使玄武巖纖維的單絲拉伸強度由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)，表明浸潤劑對纖維表面缺陷結構具有良好的修復作用。此外，納米復合浸潤劑可有效提升纖維與樹脂之間的相互作用，CNT/BF和RGO/BF與環(huán)氧樹脂之間的界面剪切強度分別提升52%和154%。該研究通過表面改性技術賦予玄武巖纖維獨特的多功能特性，為此類纖維的應用提供了新思路。
相關研究成果發(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)計劃和中國科學院等的支持。
玄武巖纖維基熱電轉換材料的制備及工作原理
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