一种基于棉织物的高性能碳纳米管复合热电织物

        热电织物在可穿戴电子器件供电领域具有潜在的应用价值。但目前在该领域广泛使用无机热电材料或碳纳米管纤维，制备工艺复杂、成本高昂，且此类材料的机械性能较低、穿着舒适性欠佳，限制了热电织物的发展。而在传统纱线表面沉积热电材料制备热电纱线，具有简单易行、易于扩展的优势，受到研究者的广泛关注。

        近日，苏州大学研究团队通过简单的两步浸渍工艺在传统棉纱的基础上制备了具有高热电性能的碳纳米管复合纱线，并在此基础上构建了柔性热电织物，实现了从人体热能到电能的有效转化。

        研究人员通过分段掺杂的方法将碳纳米管复合纱线改性，成功制备了75对p-n间隔结构的热电复合纱线。具体的方法为：首先通过低浓度单壁碳纳米管分散液浸渍棉纱，使单壁碳纳米管在棉纱内有效分散；其次用高浓度多壁碳纳米管/水性聚氨酯复合分散液涂覆棉纱表面，从而获得具有高碳纳米管负载量、附着稳定及工艺成本低廉的碳纳米管复合纱线。

        相关测试结果表明，碳纳米管不仅大量负载在棉纱内部，而且在棉纱表面形成了致密的导电网络；由于引入了水性聚氨酯，经过6万次不同角度的循环弯曲试验后，碳纳米管复合纱线的导电性能不变。因此，通过该工艺不仅有效提升了碳纳米管的附着稳定性，而且保持了复合纱线良好的机械拉伸性能。

        研究人员利用制备的热电纱线构筑了全柔性、具有优异热电转化效果的尺寸为8.5cm×5.5cm×1.0cm的热电织物，并探究了其在实际应用中的效果。结果表明，在室内与户外的实际穿戴过程中，该热电织物可以在人体手臂有效构建温差并实现了20～45mV的电压输出，表明其可以有效收集人体热能，而且热电织物的收集效率与穿戴所处的环境有一定的关系。另外，热电织物的电压输出与其上下表面温差有关，因此可用于环境温度监测中触觉传感器；在升压电路的辅助下，热电织物也可以收集人体热能从而直接驱动计时器和LED灯。

        相关工作以“Facile Fabrication of Cotton-Based Thermoelectric Yarns for the Construction of Textile Generator with High Performance in Human Heat Harvesting”为题发表在《Advanced Fiber Materials》上。

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