三维穿透无机半导体/碳纳米管杂化材料构建高鲁棒性热电纤维

来自国内的研究人员针对柔性热电纤维(TEFs)存在的导电性低、热导率高和机械柔韧性差等问题，开发了一种在碳纳米管纤维(CNTFs)内构建三维穿透网络的新策略。该研究通过过氧化氢处理形成多孔羟基化CNTFs(HCNTFs)，采用浸涂法实现碲化铋纳米颗粒的径向渗透，成功制备出热电优值zT提升一个数量级（p型达0.34@303K）、热导率保持1-2 W·m?1·K?1且经受2000次弯曲无分层的高性能杂化材料，其编织成的三维热电纺织品在远程火灾报警系统展现应用潜力。

　　

通过创新性三维穿透策略，研究人员将无机半导体与碳纳米管纤维(CNTF)进行深度融合，成功破解了传统复合方法导致的导电性下降与柔韧性损失难题。利用过氧化氢处理构筑的多孔羟基化碳纳米管纤维(HCNTF)作为三维支架，通过浸涂技术实现了碲化铋(Bi₂Te₃)纳米颗粒的径向渗透，形成独特的三维半导体穿透网络。这种精巧结构既保持了载流子传输效率，又通过纳米晶界和介孔结构有效抑制了声子传输，使杂化材料热导率维持在1-2 W·m^?1·K^?1的低水平（与纯碲化铋相当），同时功率因子较传统涂层样品提升两倍。

最终获得的p型材料热电优值(zT)在303K时高达0.34，n型材料达0.14，比常规方案提升一个数量级，堪称碳纳米管基热电材料的性能突破。该材料展现出卓越的机械柔韧性，经历2000次弯曲循环后仍保持结构完整性而无分层现象。研究人员进一步通过刺绣工艺将p-n分段热电纤维编织成三维柔性热电纺织品，并演示了其在远程火灾报警系统中的创新应用，为智能可穿戴设备与环境监测提供了新的技术路径。