黑磷@MXene异质结工程化碳纳米管热电薄膜：兼具协同能量过滤和声子散射效应

《Small》：Black Phosphorus@MXene Heterojunction-Engineered Carbon Nanotube Thermoelectric Films with Synergistic Energy Filtering and Phonon Scattering Effects

有机热电材料中碳纳米管的结合具有柔性、低成本和可加工性，适用于可穿戴设备，但存在Seebeck系数低和高热导率问题。本文通过黑磷@MXene异质结构工程化碳纳米管基体，形成2D异质结-3D网络结构，协同能量过滤和界面声子散射机制，实现电导率、Seebeck系数和热导率的解耦优化，在室温下获得功率因子521.4 μW m-1 K-2和品质因子0.0211，并成功开发柔性热电器件原型，功率密度达584 μW cm-2，为可穿戴自供电电子器件提供新路径。

　　

摘要

含有碳纳米管（CNTs）的有机热电（TE）材料因其灵活性、成本效益和可加工性而备受研究关注，显示出在可穿戴热电设备方面的巨大潜力。然而，这些材料的实际应用受到较低的塞贝克系数（S）和较高的热导率（κ）的严重限制。为了解决这些问题，本研究将黑磷@MXene异质结合理地嵌入到CNT基体中，制备出了热电复合薄膜。这种独特的“二维异质结-三维网络”结构利用了能量过滤和界面声子散射的协同效应，实现了电导率（σ）、塞贝克系数（S）和热导率（κ的独立优化。结果，该复合薄膜在室温下的功率因子高达521.4 ± 7.7 μW m^?1 K^?2，同时热导率（κ显著降低，性能优值达到0.0211。这些指标相比纯CNTs有了显著提升。此外，该薄膜还具备优异的柔韧性和结构稳定性，使得基于该薄膜的可穿戴热电发电机原型在60 K的温度梯度下能够实现584 μW cm^?2的高功率密度。这项工作为高性能、柔性的热电材料在自供电可穿戴电子设备中的应用提供了可行的路径，这些设备可用于健康监测和热管理。

利益冲突

作者声明没有利益冲突。

数据可用性声明

支持本研究结果的数据可应合理要求向通讯作者索取。