昆士兰科技大学《ACS AMI》：超快速制备高性能碳基柔性热电混合薄膜及其装置

1成果简介 

由于其成本效益和工业规模的可行性，碳基复合材料被认为是低发电的有前途的热电材料。然而，目前碳基复合材料的制备非常耗时，并且其热电性能仍然很低。本文，昆士兰科技大学史晓磊研究员、陈志刚教授团队在《ACS Appl. Mater. Interfaces 》期刊发表名为“Ultrafast and Cost-Effective Fabrication of High-Performance Carbon-Based Flexible Thermoelectric Hybrid Films and Their Devices”的论文，研究开发了一种超快且具有成本效益的热压方法制备由离子液体/酚醛树脂/碳纤维/膨胀石墨组成的新型碳基杂化薄膜。此方法只需不超过15分钟。

作者发现，膨胀石墨作为主要成分可实现高柔韧性，酚醛树脂和碳纤维的引入增强了薄膜的抗剪切性和韧性，而离子诱导的载流子迁移有助于碳基混合薄膜在500K时达到38.7μW m-1 K-2的高功率因数。在比较了目前传统碳基热电复合材料的功率因数与制备时间和成本之比后，本研究的混合薄膜显示出最佳的成本效益。此外，由设计的混合薄膜组装的柔性热电器件在20K的温差下显示出79.3nW cm-2的最大输出功率密度。这项工作为制备具有良好应用潜力的具有成本效益和高性能的碳基热电杂化物铺平了一条新途径。

2图文导读  

图1. EG70CF27PF3IL6碳基复合薄膜和器件的介绍

图2. EG70CF27PF3ILx的室温热电性能和特征

图3. 随温度变化的热电特性和所制备的复合薄膜的机械性能

图4. 解释复合薄膜随温度变化的p-n转换的特性。

图5. 复合薄膜及其装置的热稳定性和机械性能

3小结 

在这项工作中，我们开发了一系列商业碳基EG70CF27PF3ILx薄膜，同时具有高热电性能、高弹性和高热稳定性，通过超快的制造周期（不超过15分钟）实现。基于EG70CF27PF3ILx（x=6）中IL的最佳浓度，实现了38.7μW m-1 K-2的出色的S2σ，而S2σ/时间和S2σ/成本的比率因此在目前报道的传统碳基热电复合材料中排名第一。此外，由EG70CF27PF3IL6薄膜组成的自制柔性热电装置被设计为成功地产生热电，在ΔT为20K和Tc为300K时，ωmax达到79.3nW cm-2，使其有可能应用于可持续发电和温度感应。这项工作提供了一种新的方法来有效地制造具有高热电性能、稳定性和灵活性的低成本传统碳基热电材料。

文献：

https://doi.org/10.1021/acsami.3c05226

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来源：文章来自ACS AMI网站，由材料分析与应用整理编辑。

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