Cellulose-carbon nanotube composite aerogels as novel thermoelectric materials

材料科学 碳纳米管 塞贝克系数 热电效应 纳米复合材料 复合材料 复合数 热导率 电阻率和电导率 纤维素 化学工程 热力学 电气工程 物理 工程类
作者
Minoj Gnanaseelan,Yi‐An Chen,Jinji Luo,Beate Krause,Jürgen Pionteck,Petra Pötschke,Haisong Qi
出处
期刊:Composites Science and Technology [Elsevier BV]
卷期号:163: 133-140 被引量:97
标识
DOI:10.1016/j.compscitech.2018.04.026
摘要

Thermoelectric materials based on cellulose/carbon nanotube (CNT) nanocomposites have been developed by a facile approach and the effects of amount (2–10 wt%) and types of CNTs (single-walled carbon nanotubes (SWCNTs) and multi-walled carbon nanotubes (MWCNTs)) on the morphology (films and aerogels) and the thermoelectric properties of the nanocomposites have been investigated. Composite films based on SWCNTs showed significantly higher electrical conductivity (5 S/cm at 10 wt%) and Seebeck coefficient (47.2 μV/K at 10 wt%) compared to those based on MWCNTs (0.9 S/cm and 11 μV/K, respectively). Lyophilization, leading to development of aerogels with sub-micron sized pores, decreased the electrical conductivity for both types by one order of magnitude, but did not affect the Seebeck coefficient of MWCNT based nanocomposites. For SWCNT containing aerogels, higher Seebeck coefficients than for films were measured at 3 and 4 wt% but significantly lower values at higher loadings. CNT addition increased the thermal conductivity from 0.06 to 0.12 W/(m∙K) in the films, whereas the lyophilization significantly reduced it towards values between 0.01 and 0.09 W/(m∙K) for the aerogels. The maximum Seebeck coefficient, power factor, and ZT observed in this study are 49 μV/K for aerogels with 3 wt% SWCNTs, 1.1 μW/(m∙K2) for composite films with 10 wt% SWCNTs, and 7.4 × 10−4 for films with 8 wt% SWCNTs, respectively.
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