南工大Nature子刊：三重处理，提高单壁碳纳米管薄膜热电性能！

第一作者：Yuan-Meng Liu, Xiao-Lei Shi

通讯作者：刘庆丰、陈志刚

通讯单位：南京工业大学、昆士兰科技大学

论文速览

基于单壁碳纳米管（SWCNTs）的热电材料因其柔韧性、轻质性和成本效益而受到重视，显示出可穿戴热电设备的前景。然而，它们的热电性能需要在实际应用中得到显著提高。

本研究通过合理的“三重处理”方法提高了基于单壁碳纳米管（SWCNTs）的热电薄膜的性能。这些处理包括超声分散、NaBH₄处理和冷压，以提高SWCNT薄膜的热电性能。研究结果表明，经过这些处理，SWCNT薄膜在室温下实现了20.29 µW cm⁻¹ K⁻²的高功率因子。

此外，弯曲测试证实了结构的稳定性和出色的柔韧性，并且一个六足柔性装置在40 K温差下最大功率密度2996 μW cm⁻²，显示出巨大的应用潜力。这一进展使SWCNT薄膜成为有希望的柔性热电材料，并为高性能碳基热电材料的设计提供了见解。

 图文导读

图1：通过简单的三重处理工艺制备具有高热电性能的单壁碳纳米管（SWCNT）薄膜的示意图。

图2：不同超声时间下SWCNT薄膜的热电性能和互连网络。包括电导率σ、塞贝克系数S和S²σ随超声时间的变化，以及不同超声时间下SWCNT薄膜的扫描电子显微镜（SEM）图像。

图3：不同NaBH₄浓度下SWCNT薄膜的热电性能和互连网络。包括不同NaBH₄浓度对SWCNT薄膜热电性能和结构的影响，以及拉曼光谱和SEM图像。

图4：不同(n, m)指标下有和没有缺陷的SWCNT薄膜的计算结果。包括原始SWCNTs的能带结构计算和具有单个碳空位缺陷的SWCNTs的能带结构计算。

图5：冷压和滚压对SWCNT薄膜热电性能和互连网络的影响。包括不同处理条件下SWCNT薄膜的σ、S和S²σ，以及拉曼光谱和SEM图像。

图6：SWCNT薄膜的结构、原子键合信息和结构。包括X射线光电子能谱（XPS）模式，透射电子显微镜（TEM）图像，以及冷压处理前后SWCNT薄膜的结构变化。

图7：SWCNT薄膜的柔韧性和其装置的测量输出性能。包括不同处理条件下SWCNT薄膜的归一化电阻R/R0随弯曲时间的变化，以及六足柔性热电装置（F-TED）的开路电压V_oc、输出电压V和输出功率P。

总结展望

本研究通过三重处理方法显著提高了SWCNT薄膜的热电性能，实现了高功率因子和出色的柔韧性。这一方法为SWCNT薄膜在可穿戴热电设备中的应用提供了新的可能性，并为设计高性能碳基热电材料提供了新的思路。

未来的工作可以进一步探索不同处理条件下SWCNT薄膜的性能，以及如何通过封装等方法提高其空气稳定性。

 文献信息

标题：Boosting thermoelectric performance of single-walled carbon nanotubes-based films through rational triple treatments

期刊：Nature Communications