[發明專利]一種超柔性硫系熱電纖維

在審

• 申請號: 202211453708.3
• 申請日: 2022-11-21
• 公開（公告）號: CN115710092A
• 公開（公告）日: 2023-02-24
• 發明（設計）人: 康世亮;傅燕青;林常規;譚林玲;高成偉;黃開垚;宋寶安;張培晴;戴世勛
• 申請（專利權）人: 寧波大學
• 主分類號: C03C13/00
• 分類號: C03C13/00;C03B37/025;C03C15/00
• 代理公司: 寧波奧圣專利代理有限公司 33226
• 代理人: 謝瀟

本發明公開的超柔性硫系熱電纖維的組成為碲基硫系玻璃材料，碲基硫系玻璃材料的摩爾組成按化學式表示為：AgSe_xS_yTe_1?x?y，其中，0.1≤x≤1.0，0≤y≤0.3。本發明超柔性硫系熱電纖維為非晶/多晶混合相，非晶相中剪切帶的發展與演化，以及納米微晶對剪切帶抑制的作用，對纖維的可拉伸性能有顯著的提升作用；本發明熱電纖維兼具優異的機械柔韌性與高室溫熱電性能，有望在人體可穿戴式的熱電發電裝置中得到應用；本發明克服了傳統管棒法難以制備無固定軟化溫度的AgSe_xS_yTe_1?x?y纖維的難題，采用管內熔融法制備超柔性硫系熱電纖維，制備方法簡單，易產量化，能夠制備出直徑可控的超柔性硫系熱電纖維。

技術領域

本發明涉及熱電纖維的制備方法，具體是一種超柔性硫系熱電纖維。

背景技術

柔性熱電發電機具有體積小、無活動部件、全天候連續工作、可靠性高等優點，在可穿戴電子產品中受到越來越多的關注。基于纖維的熱電器件具有長徑比大、天然柔性的獨特結構特點，可以在不同方向上進行編織和纏繞，使其在大面積可穿戴系統中極具吸引力。使用熱電纖維編織而成的三維熱電器件可以利用人體和環境在垂直方向上的溫差，有效地將熱量轉換為電能。盡管在熱電纖維方面進行了大量的研究并取得了重要進展，但是獲得兼具優異柔性和高熱電性能的熱電器件一直是一個重大挑戰。

目前，基于纖維的熱電器件主要由無機纖維、有機纖維或無機/有機復合纖維組成。最先進的無機熱電纖維(例如Bi₂Te₃、SnSe和PbTe纖維)由于其窄帶隙、低導熱性和獨特晶體結構而表現出超高的熱電性能。然而，受制于固有的剛性和脆性，無機熱電纖維通常表現出較差的拉伸應變，約為0.3％至1.5％，導致機械自由度非常有限，嚴重阻礙了其與復雜幾何形狀曲面的連接，這從根本上限制了它們在可穿戴設備中的進一步應用。相比之下，有機熱電纖維具有優異的柔性、重量輕、易于制備等優點。然而較差的電傳輸性能和低功率因數限制了其在高性能可穿戴設備中的應用。通過將無機填料與有機基質結合，無機/有機復合熱電纖維通常表現出優異的熱電性能和良好的柔性。然而，在纖維制備過程中無機填料的團聚或氧化現象難以避免，獲得高質量無機/有機復合纖維仍面臨著是巨大的挑戰。因此，開發一種同時具備高熱電性能和優異柔性的熱電纖維具有十分重要的意義。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是，針對現有技術的不足，提供一種兼具優異柔性和高熱電性能的超柔性硫系熱電纖維。

本發明解決上述技術問題所采用的技術方案為：一種超柔性硫系熱電纖維，所述的超柔性硫系熱電纖維的組成為碲基硫系玻璃材料，所述的碲基硫系玻璃材料的摩爾組成按化學式表示為：AgSe_xS_yTe_1-x-y，其中，0.1≤x≤1.0，0≤y≤0.3。

作為優選，所述的超柔性硫系熱電纖維的直徑為100～500μm。

作為優選，制備所述的超柔性硫系熱電纖維時，首先采用管內熔融法制備得到半成品纖維，所述的半成品纖維包括纖芯和包層，所述的纖芯的組成為所述的碲基硫系玻璃材料，所述的包層的組成為軟化溫度高于所述的纖芯的熔融溫度的硼硅酸鹽玻璃，然后剝離去除所述的包層，即得到所述的超柔性硫系熱電纖維。采用管內熔融法制備半成品纖維過程中，硼硅酸鹽玻璃包層在纖維拉制時處于軟化的同時，纖芯經歷一個熔融過程，通過控制纖維預制棒的給料速度和纖維牽引速度，拉制出半成品纖維。剝離包層后，可獲得在常溫下具有優異機械柔韌性和高熱電優值的硫系熱電纖維。

進一步地，作為優選，所述的硼硅酸鹽玻璃的重量百分比組成按化學式表示為70SiO₂-11B₂O₃-3BaO-10Na₂O-6K₂O。

進一步地，作為優選，將所述的半成品纖維浸泡在氫氟酸溶液中，剝離去除所述的包層。