热电材料能够利用元件两端的温差，直接将热能转换为电能，在废热发电、绿色制冷等领域颇具应用潜力。在种类繁多的热电材料中，无机纤维因优异的机械性能、抗腐蚀和耐高温等性能而备受关注。玄武岩纤维(BF)是以天然火山岩为原料、经高温熔融后制成的连续纤维，具有强度高、耐高温和热导率低等性能，但它的绝缘特性限制了在热电纤维领域的发展。
近期，中国科学院新疆理化技术研究所与香港中文大学(深圳)合作，分别将一维碳纳米管(CNT)和二维石墨烯(RGO)分散在环氧乳液中，获得了具有导电性能的纳米复合浸润剂。科研人员将所得浸润剂涂覆于玄武岩纤维表面，制备出基于玄武岩纤维的热电转换材料(图1)。研究表明，所得纤维均为N型半导体且表现出优异的热电转换性能，塞贝克系数(表征材料由于温差而产生电压的能力)分别为-46.34 µV/K和-20.18 µV/K。由于不同纳米复合浸润剂的引入，使玄武岩纤维的单丝拉伸强度由1258MPa(BF)分别提升至1549MPa(CNT/BF)和1679MPa(RGO/BF)，分别提升了23%(CNT/BF)和33%(RGO/BF)，表明浸润剂对纤维表面缺陷结构具有良好的修复作用。此外，纳米复合浸润剂可有效提升纤维与树脂之间的相互作用，CNT/BF和RGO/BF与环氧树脂之间的界面剪切强度分别提升52%和154%。该研究通过表面改性技术赋予玄武岩纤维独特的多功能特性，为此类纤维的应用提供了新思路。
相关研究成果发表在Colloids and Surfaces A: Physicochemical andEngineering Aspects上。研究工作得到新疆“天山英才”培养计划和中国科学院等的支持。
玄武岩纤维基热电转换材料的制备及工作原理
