复旦大学彭慧胜院士团队高性能金属主链聚合物热电纤维 → 一种可穿戴热电织物

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金属主链聚合物（MBPs）具有由键合金属原子组成的独特主链，在光、电、磁和热电场领域具有广阔的前景。然而，MBPs 的应用仍然相对缺乏研究。

2024年4月4日，复旦大学彭慧胜院士团队报道开发了一种剪切诱导取向方法来构建柔性镍主链聚合物/碳纳米管（NBP/CNT）热电复合纤维。相关研究以“ High-performance thermoelectric fibers from metal-backboned polymers for body-temperature wearable power devices ”为题发表在Angew. Chem. Int. Ed.上。

热电复合纤维的功率因数为719.48 μW·m-1·K-2，约为裸碳纳米管光纤功率因数的3.5倍。值得注意的是，通过调节NBP的载流子迁移率和载流子浓度，复合纤维的电导率和塞贝克系数比裸碳纳米管纤维同时增加。将NBP/CNT纤维集成到织物中收集人体热能，在8K的温差下产生3.09 mV的输出电压，为MBPs电源的发展开辟了一条新的途径。

图1. NBP/CNT纤维的制备和结构示意图。a）制备NBP/CNT纤维。b）在剪切诱导下形成定向结构。

图2. NBP/CNT纤维的表征。a、b）分别为NBP/CNT和裸CNT纤维的外部结构的SEM图像。c, d) SEM图像的内部结构的NBP/碳纳米管和裸碳纳米管纤维，分别。e，f）分别对NBP/CNT和裸CNT纤维的内部结构进行EDS标测。g, h) 裸碳纳米管和碳纳米管的Raman光谱和计算的ID/IG分别为NBP/CNT纤维。

图3. NBP/CNT和CNT裸纤维的热电性能。A）第一项塞贝克系数和电导率的NBP/CNT纤维作为二氯甲烷中的NBP浓度的函数。b) NBP/CNT纤维的功率因数作为二氯甲烷中NBP浓度的函数。c、d）分别为裸CNT和NBP/CNT光纤的载流子迁移率和载流子浓度。E）第五条裸碳纳米管和NBP/碳纳米管光纤的紫外光电子能谱。f) 根据（e）和图S3中测量的光谱，裸CNT和NBP/CNT光纤的能带图。CBE: 导带边缘；VBE：价带边缘；W：功函数。

图4. 热电织物的输出性能。A）热电织物的光学图像。这种织物通过对折编织成袖子，以建立人体穿着时上下表面的温度差。b) 作为可穿戴设备的热电织物的输出电压。c) 与温差有关的热电织物的输出电压密度和功率密度。d) 在弯曲过程中热电织物的电阻变化。附注：（d）中的R0和R分别表示织物弯曲前和弯曲后的电阻。

总之，设计了一种新型的NBP/CNT纤维具有高度取向的结构，通过剪切诱导策略。通过调节载流子迁移率和载流子浓度引起的NBP，NBP/CNT纤维表现出同时增加的电导率（增加100%）和塞贝克系数（增加38%），使功率因数达到 719.48 μW·m-1·K-2，是裸碳纳米管光纤的3.5倍。此外，通过整合NBP/CNT纤维，实现了热电织物，在8K的温差下产生3.09 mV的输出电压。该研究为电源中的金属主链聚合物（MBPs）的发展开辟了一条新的途径。

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