單晶材料具有優異的機械穩定性、低光學損耗和優良的導電性能，在高性能光學和半導體工業中應用廣泛。如具有優良熱電性能的SnSe單晶材料，能夠實現熱能與電能的相互轉化，在溫差發電和熱電制冷領域有廣闊的應用前景。然而，由于傳統的單晶生長方法生長速度慢、制造條件嚴格、加工成本高等因素，限制單晶SnSe材料的大規模產業化應用。
中國科學院工程熱物理研究所儲能研發中心聯合新加坡南洋理工大學、美國康奈爾大學和北京航空航天大學等，報道了一種新型的基于纖維熱拉法和激光重結晶效應的單晶SnSe熱電纖維制造技術，克服高品質單晶柔性熱電纖維的制備困難，實現纖維單晶材料的大規模生長，為研發復雜而高效的熱電單晶纖維及其織物提供了新思路。研究人員表示，未來柔性可穿戴熱電纖維與織物可以從體熱中收集能量，利用人體與外界環境的溫度差為小功率可穿戴電子設備供電;可以用來熱電制冷控溫，維護人體溫度的舒適性。
該團隊展示了一種通用可行的基于激光熱效應的再結晶方法，可制造從微米到納米尺度直徑的超長SnSe單晶纖維。實驗證明SnSe單晶體，除常見的Pnma和Cmcm相外，存在穩定的單晶巖鹽Fm-3m相。在862K時, Fm-3m相的單晶SnSe纖維的ZT值高達2，遠大于多晶SnSe纖維的ZT值，與Cmcm相的單晶SnSe相當。研究人員制備了具有高密度p型和n型SnSe微/納米線陣列的單根熱電纖維，實現了纖維內柔性熱電器件的PN結構，為大面積、輕質、透氣、高性能的柔性可穿戴熱電織物器件提供了新途徑，展示了單晶熱電纖維織物利用人體與環境的溫差持續發電的概念性演示。
圖1 基于纖維熱拉法和激光重結晶效應的柔性單晶SnSe熱電纖維制造技術
圖2 柔性單晶SnSe熱電纖維性能與纖維內PN熱電材料多核制備
研究工作受到中科院人才計劃和國家自然科學基金“能源有序轉化”基礎科學中心項目的支持，相關研究成果近日發表在Advanced Materials上。
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