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、绿色制冷等领域中展现出巨大的应用潜力。在种类繁多的热电材料中，无机纤维因具有优异的机械性能、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、耐高温以及热导率低等性能，但其绝缘特性限制了其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）。研究结果表明，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），强度提升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%。该研究成果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的思路。

相关研究成果近期发表在Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects期刊上。研究工作得到新疆“天山英才”、中国科学院“十四五”新兴前沿方向和未来技术等项目支持。

玄武岩纤维基热电转换材料的制备及工作原理

论文信息：

Dan Xing, Xiong-Yu Xi, Cun-Guang Liang, Peng-Cheng Ma, Qingbin Zheng, Hui Li. Thermoelectric performance of basalt fiber with nanocomposite sizing. Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects, 2023, 672, 131761.

论文链接：https://doi.org/10.1016/j.colsurfa.2023.131761