Morphology-engineered spider silk–carbon nanotube composites for high-performance and sustainable thermoelectric energy harvesting, Chemical Engineering Journal524,169375(2025)
用於高效能且永續熱電能量採集之形貌工程蜘蛛絲-奈米碳管複合材料
Chih-Wei Hsu, Ming-Yan Shen, Yi-Jen Wang, Shao-Huan Hong, Yu Liu, Hsuan-Chen Wu*, Wen-Chang Chen*, Cheng-Liang Liu*
2026/01/27
生物基熱電複合材料在實現精確的界面調控與多尺度結構整合方面，長期面臨材料內在相容性與形貌可控性不足的挑戰，進而限制其熱電性能的進一步提升。本研究結合兩種具工程化序列設計之蜘蛛絲蛋白變體，富含疏水性胺基酸序列的 R1 與富含親水性序列的 R2，與奈米碳管(CNTs)結合，系統性探討蛋白質-奈米碳管間之界面交互作用如何調控複合材料的形貌演化與微觀結構，並進一步影響其熱電傳輸行為。透過乙醇誘導之結構重組與有序化過程，所形成的複合材料展現獨特且可調控的形貌特徵，有效提升塞貝克係數(Seebeck coefficient)，同時抑制熱導率，實現熱電性能的協同優化。最終，CNT/R1 與 CNT/R2 複合材料之熱電優值(ZT)分別達到 0.38 與 0.33。進一步地，經結構與組成最佳化之 CNT/R2 基熱電發電機展現高達 8.2% 的能量轉換效率，顯示其於低溫差能量採集應用中的高度潛力。本研究清楚揭示生物–奈米界面工程在主導電荷與能量傳輸行為中的關鍵角色，並提出一項兼具高效能、永續性與可擴展性的材料設計策略，為下一代穿戴式與軟性熱電能量採集系統的發展奠定重要基礎。
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