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，在廢熱發電、綠色制冷等領域中展現出巨大的應用潛力。在種類繁多的熱電材料中，無機纖維因具有優異的機械性能、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纖維，具有強度高、耐高溫以及熱導率低等性能，但其絕緣特性限制了其在熱電纖維領域的發展。

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）。研究結果表明，所得纖維均為N型半導體且表現出優異的熱電轉換性能，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），強度提升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與環氧樹脂之間的界面剪切強度分別提升52%和154%。該研究成果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的思路。

相關研究成果近期發表在Colloids and Surfaces A: Physicochemical and?Engineering Aspects期刊上。研究工作得到新疆“天山英才”、中國科學院“十四五”新興前沿方向和未來技術等項目支持。

玄武巖纖維基熱電轉換材料的制備及工作原理

論文信息：

Dan Xing, Xiong-Yu Xi, Cun-Guang Liang, Peng-Cheng Ma, Qingbin Zheng,?Hui Li. Thermoelectric performance of basalt fiber with nanocomposite sizing. Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects, 2023,?672,?131761.

論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.colsurfa.2023.131761