Carbon nanotube/two-dimensional metal–organic framework composites with enhanced thermoelectric performances for thermoelectric generators, Chemical Engineering Journal 521, 166861(2025)
奈米碳管/二維金屬有機骨架複合材料於熱電發電機之應用
Cheng-Yuan Lin, Jhe-Wei Chang, Meng-Hao Lin, Kuan-Chu Wu, Shao-Huan Hong, Jhih-Min Lin, Chung-Wei Kung*, Cheng-Liang Liu*
2025/12/02
奈米碳管(CNT)具備優異的導電性與機械強度，是發展熱電材料的關鍵材料。然而，其高熱導率與分散性不佳，限制了其在熱電轉換中的實際效能。本研究提出以二維金屬有機骨架(2D-MOF)作為功能性添加劑的材料設計策略，以克服上述限制，進一步提升碳管基複合材料的熱電性能。本研究選擇具有不同表面官能基特性的鋯基二維金屬有機骨架，包括親水性 ZrBTB 與疏水性 ZrBTB-BA，利用其表面化學特性有效改善奈米碳管在溶劑中的分散行為。此外，藉由1,2-二氯苯與N-甲基吡咯烷酮等溶劑系統的極性調控，可在相同製程條件下，同時獲得穩定的 p 型與 n 型熱電複合材料，顯示材料在電荷極性調控上的高度可設計性。透過同步輻射技術，本研究進一步解析奈米碳管/金屬有機骨架複合材料的微觀結構，揭示金屬有機骨架單元在碳管間形成調控界面的作用，進而影響電荷傳輸與能帶結構，為性能提升提供關鍵的結構證據。更重要的是，奈米碳管/ZrBTB-BA複合材料在 p 型與 n 型狀態下，分別達到 395.2 與 330.8 μW m−1 K−2的高功率因子(power factor, PF)，並展現優於純 CNTs 的熱電優值(zT)。最終，本研究以最佳化複合材料製備軟性熱電發電器，元件展現良好的機械耐久性與穩定輸出特性，證實其在穿戴式電子與自供能系統中的應用潛力。本研究不僅提供一高效的熱電材料設計方向，也展現二維金屬有機骨架在能源轉換材料中的重要角色。
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