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復(fù)旦大學(xué)彭慧勝院士團(tuán)隊(duì) Angew：高性能金屬主鏈聚合物熱電纖維 → 一種可穿戴熱電織物

時間：2024-04-09 來源： 瀏覽：

復(fù)旦大學(xué)彭慧勝院士團(tuán)隊(duì) Angew：高性能金屬主鏈聚合物熱電纖維 → 一種可穿戴熱電織物

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金屬主鏈聚合物（MBPs）具有由鍵合金屬原子組成的獨(dú)特主鏈，在光、電、磁和熱電場領(lǐng)域具有廣闊的前景。然而，MBP s 的應(yīng)用仍然相對缺乏研究。
2024年4月4日， 復(fù)旦大學(xué)彭慧勝院士團(tuán)隊(duì) 報(bào)道開發(fā)了一種剪切誘導(dǎo)取向方法來構(gòu)建柔性鎳主鏈聚合物/碳納米管（NBP/CNT）熱電復(fù)合纖維。相關(guān)研究以“  High-performance thermoelectric fibers from metal-backboned polymers for body-temperature wearable power devices  ”為題發(fā)表在  Angew. Chem. Int. Ed. 上。
熱電復(fù)合纖維的功率因數(shù)為719.48 μW ? m -1 ? K -2 ，約為裸碳納米管光纖功率因數(shù)的3.5倍。值得注意的是，通過調(diào)節(jié)NBP的載流子遷移率和載流子濃度，復(fù)合纖維的電導(dǎo)率和塞貝克系數(shù)比裸碳納米管纖維同時增加。 將NBP/CNT纖維集成到織物中收集人體熱能，在8K的溫差下產(chǎn)生3.09 mV的輸出電壓，為MBPs電源的發(fā)展開辟了一條新的途徑。
圖1. NBP/CNT纖維的制備和結(jié)構(gòu)示意圖。a）制備NBP/CNT纖維。b）在剪切誘導(dǎo)下形成定向結(jié)構(gòu)。
圖2. NBP/CNT纖維的表征。a、b）分別為NBP/CNT和裸CNT纖維的外部結(jié)構(gòu)的SEM圖像。c, d) SEM圖像的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的NBP/碳納米管和裸碳納米管纖維，分別。e，f）分別對NBP/CNT和裸CNT纖維的內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行EDS標(biāo)測。g, h) 裸碳納米管和碳納米管的Raman光譜和計(jì)算的ID/IG分別為NBP/CNT纖維。
圖3. NBP/CNT和CNT裸纖維的熱電性能。A）第一項(xiàng)塞貝克系數(shù)和電導(dǎo)率的NBP/CNT纖維作為二氯甲烷中的NBP濃度的函數(shù)。b) NBP/CNT纖維的功率因數(shù)作為二氯甲烷中NBP濃度的函數(shù)。c、d）分別為裸CNT和NBP/CNT光纖的載流子遷移率和載流子濃度。E）第五條裸碳納米管和NBP/碳納米管光纖的紫外光電子能譜。f) 根據(jù)（e）和圖S3中測量的光譜，裸CNT和NBP/CNT光纖的能帶圖。CBE: 導(dǎo)帶邊緣；VBE：價(jià)帶邊緣；W：功函數(shù)。
圖4. 熱電織物的輸出性能。A）熱電織物的光學(xué)圖像。這種織物通過對折編織成袖子，以建立人體穿著時上下表面的溫度差。b) 作為可穿戴設(shè)備的熱電織物的輸出電壓。c) 與溫差有關(guān)的熱電織物的輸出電壓密度和功率密度。d) 在彎曲過程中熱電織物的電阻變化。附注：（d）中的R0和R分別表示織物彎曲前和彎曲后的電阻。
總之，設(shè)計(jì)了一種新型的NBP/CNT纖維具有高度取向的結(jié)構(gòu)，通過剪切誘導(dǎo)策略。通過調(diào)節(jié)載流子遷移率和載流子濃度引起的NBP，NBP/CNT纖維表現(xiàn)出同時增加的電導(dǎo)率（增加100%）和塞貝克系數(shù)（增加38%），使功率因數(shù)達(dá)到 719.48 μW ? m -1 ? K -2 ，是裸碳納米管光纖的3.5倍。此外，通過整合NBP/CNT纖維，實(shí)現(xiàn)了熱電織物，在8K的溫差下產(chǎn)生3.09 mV的輸出電壓。該研究為電源中的 金屬主鏈聚合物（MBPs） 的發(fā)展開辟了一條新的途徑。

原文鏈接

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202403415

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