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复旦大学彭慧胜院士团队 Angew：高性能金属主链聚合物热电纤维 → 一种可穿戴热电织物

时间：2024-04-09 来源：浏览：

复旦大学彭慧胜院士团队 Angew：高性能金属主链聚合物热电纤维 → 一种可穿戴热电织物

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金属主链聚合物（MBPs）具有由键合金属原子组成的独特主链，在光、电、磁和热电场领域具有广阔的前景。然而，MBP s 的应用仍然相对缺乏研究。

2024年4月4日， 复旦大学彭慧胜院士团队 报道开发了一种剪切诱导取向方法来构建柔性镍主链聚合物/碳纳米管（NBP/CNT）热电复合纤维。相关研究以“ High-performance thermoelectric fibers from metal-backboned polymers for body-temperature wearable power devices ”为题发表在 Angew. Chem. Int. Ed. 上。

热电复合纤维的功率因数为719.48 μW ⋅ m ^-1 ⋅ K ^-2 ，约为裸碳纳米管光纤功率因数的3.5倍。值得注意的是，通过调节NBP的载流子迁移率和载流子浓度，复合纤维的电导率和塞贝克系数比裸碳纳米管纤维同时增加。将NBP/CNT纤维集成到织物中收集人体热能，在8K的温差下产生3.09 mV的输出电压，为MBPs电源的发展开辟了一条新的途径。

图1. NBP/CNT纤维的制备和结构示意图。a）制备NBP/CNT纤维。b）在剪切诱导下形成定向结构。

图2. NBP/CNT纤维的表征。a、b）分别为NBP/CNT和裸CNT纤维的外部结构的SEM图像。c, d) SEM图像的内部结构的NBP/碳纳米管和裸碳纳米管纤维，分别。e，f）分别对NBP/CNT和裸CNT纤维的内部结构进行EDS标测。g, h) 裸碳纳米管和碳纳米管的Raman光谱和计算的ID/IG分别为NBP/CNT纤维。

图3. NBP/CNT和CNT裸纤维的热电性能。A）第一项塞贝克系数和电导率的NBP/CNT纤维作为二氯甲烷中的NBP浓度的函数。b) NBP/CNT纤维的功率因数作为二氯甲烷中NBP浓度的函数。c、d）分别为裸CNT和NBP/CNT光纤的载流子迁移率和载流子浓度。E）第五条裸碳纳米管和NBP/碳纳米管光纤的紫外光电子能谱。f) 根据（e）和图S3中测量的光谱，裸CNT和NBP/CNT光纤的能带图。CBE: 导带边缘；VBE：价带边缘；W：功函数。

图4. 热电织物的输出性能。A）热电织物的光学图像。这种织物通过对折编织成袖子，以建立人体穿着时上下表面的温度差。b) 作为可穿戴设备的热电织物的输出电压。c) 与温差有关的热电织物的输出电压密度和功率密度。d) 在弯曲过程中热电织物的电阻变化。附注：（d）中的R0和R分别表示织物弯曲前和弯曲后的电阻。

总之，设计了一种新型的NBP/CNT纤维具有高度取向的结构，通过剪切诱导策略。通过调节载流子迁移率和载流子浓度引起的NBP，NBP/CNT纤维表现出同时增加的电导率（增加100%）和塞贝克系数（增加38%），使功率因数达到 719.48 μW ⋅ m ^-1 ⋅ K ^-2 ，是裸碳纳米管光纤的3.5倍。此外，通过整合NBP/CNT纤维，实现了热电织物，在8K的温差下产生3.09 mV的输出电压。该研究为电源中的金属主链聚合物（MBPs）的发展开辟了一条新的途径。

原文链接

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

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