第一作者：Yuan-Meng Liu, Xiao-Lei Shi

通訊作者：劉慶豐、陳志剛

通訊單位：南京工業(yè)大學(xué)、昆士蘭科技大學(xué)

論文速覽

基于單壁碳納米管（SWCNTs）的熱電材料因其柔韌性、輕質(zhì)性和成本效益而受到重視，顯示出可穿戴熱電設(shè)備的前景。然而，它們的熱電性能需要在實際應(yīng)用中得到顯著提高。

本研究通過合理的“三重處理”方法提高了基于單壁碳納米管（SWCNTs）的熱電薄膜的性能。這些處理包括超聲分散、NaBH₄處理和冷壓，以提高SWCNT薄膜的熱電性能。研究結(jié)果表明，經(jīng)過這些處理，SWCNT薄膜在室溫下實現(xiàn)了20.29 μW cm^?1 K^?2的高功率因子。

此外，彎曲測試證實了結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和出色的柔韌性，并且一個六足柔性裝置在40 K溫差下最大功率密度2996 μW cm^?2，顯示出巨大的應(yīng)用潛力。這一進(jìn)展使SWCNT薄膜成為有希望的柔性熱電材料，并為高性能碳基熱電材料的設(shè)計提供了見解。

?圖文導(dǎo)讀

圖1：通過簡單的三重處理工藝制備具有高熱電性能的單壁碳納米管（SWCNT）薄膜的示意圖。

圖2：不同超聲時間下SWCNT薄膜的熱電性能和互連網(wǎng)絡(luò)。包括電導(dǎo)率σ、塞貝克系數(shù)S和S²σ隨超聲時間的變化，以及不同超聲時間下SWCNT薄膜的掃描電子顯微鏡（SEM）圖像。

圖3：不同NaBH₄濃度下SWCNT薄膜的熱電性能和互連網(wǎng)絡(luò)。包括不同NaBH₄濃度對SWCNT薄膜熱電性能和結(jié)構(gòu)的影響，以及拉曼光譜和SEM圖像。

圖4：不同(n, m)指標(biāo)下有和沒有缺陷的SWCNT薄膜的計算結(jié)果。包括原始SWCNTs的能帶結(jié)構(gòu)計算和具有單個碳空位缺陷的SWCNTs的能帶結(jié)構(gòu)計算。

圖5：冷壓和滾壓對SWCNT薄膜熱電性能和互連網(wǎng)絡(luò)的影響。包括不同處理條件下SWCNT薄膜的σ、S和S²σ，以及拉曼光譜和SEM圖像。

圖6：SWCNT薄膜的結(jié)構(gòu)、原子鍵合信息和結(jié)構(gòu)。包括X射線光電子能譜（XPS）模式，透射電子顯微鏡（TEM）圖像，以及冷壓處理前后SWCNT薄膜的結(jié)構(gòu)變化。

圖7：SWCNT薄膜的柔韌性和其裝置的測量輸出性能。包括不同處理條件下SWCNT薄膜的歸一化電阻R/R0隨彎曲時間的變化，以及六足柔性熱電裝置（F-TED）的開路電壓V_oc、輸出電壓V和輸出功率P。

總結(jié)展望

本研究通過三重處理方法顯著提高了SWCNT薄膜的熱電性能，實現(xiàn)了高功率因子和出色的柔韌性。這一方法為SWCNT薄膜在可穿戴熱電設(shè)備中的應(yīng)用提供了新的可能性，并為設(shè)計高性能碳基熱電材料提供了新的思路。

未來的工作可以進(jìn)一步探索不同處理條件下SWCNT薄膜的性能，以及如何通過封裝等方法提高其空氣穩(wěn)定性。

?文獻(xiàn)信息

標(biāo)題：Boosting thermoelectric performance of single-walled carbon nanotubes-based films through rational triple treatments

期刊：Nature Communications