DOI: 10.1016/j.jmat.2022.08.009
本文综述了近年来热电（TE）纳米纤维及其复合材料的研究进展。介绍了制备纳米纤维的典型加工和制造技术。具体而言，讨论了静电纺丝、电化学氧化和液相化学沉积方法。一一介绍了各种TE纳米纤维。展示了几种重要的无机和有机纳米纤维，包括具有显著热电响应性的碳基纳米纤维、导电聚合物基纳米纤维和过渡金属氧化物基纳米纤维。比较了几种重要纳米纤维的热电性能。阐述了TE纳米纤维在能量转换、热成像和温度传感方面的应用。最后，作者给出了自己的观点和结论性意见。
图1.电纺纳米纤维的扫描电子显微镜（SEM）图像。（a）有珠子，（b）带状，（c）有表面孔，（d）中空管状。NaCo2O4纳米纤维（用两种不同溶剂合成）在煅烧前后的SEM图像：（e,f）煅烧之前（e）和之后（f）的甲醇基纳米纤维，（g,h）煅烧之前（g）和之后（h）的水基纳米纤维。
图2.合成复合纳米纤维的示意图（a）。（NC CNF代表含有NiCo2O4氧化物的碳纳米纤维。NCH CNF代表NiCo2O4氧化物和Ni（OH）2纳米片修饰的核壳碳纳米纤维。复合纳米纤维的场发射扫描电子显微镜图像和Zeta电位：（b-c）初纺纳米纤维，（d-e）NC CNF，（f-g）NCH CNF，（h）氢氧化镍涂层碳纳米纤维（NH CNF），（i）NC CNF和NCH CNF的Zeta电位（NC CNF带负电，从而可以吸附带正电的镍离子。NCH CNF带正电）。
图3.场发射扫描电子显微镜（FESEM）图像显示：（a）ZnO纳米纤维的俯视图，（b）涂有ITO的ZnO纳米纤维的俯视图（小的连续ITO由红色圆圈表示）,（c）ZnO/CuO异质结的横截面。TiO2不连续纳米纤维的透射电子显微镜（TEM）图像（d），TiO2纳米纤维的X射线衍射图（e），单根TiO2-CoO核壳纳米纤维的TEM图像（f）和TiO2-CoO纳米纤维的X射线衍射图（g）。
图4.SEM图像显示在350℃的基底温度下，喷雾热解沉积连续TiO2纳米纤维的（a）俯视图和（b）侧视图。喷雾热解沉积ZnO纳米纤维的SEM图像：（c）初生状态，（d）退火1小时，（e）退火4小时，（f）退火6小时。
图5.纳米光刻和脉冲激光沉积Nb-STO纳米纤维的示意图：（a）电子束光刻（EBL）前PMMA涂层基板，（b）EBL曝光和光刻胶显影后PMMA中的沟槽，（c）脉冲激光沉积（PLD）后填充Nb-STO的模板，（d）PMMA光刻胶剥离后基板上的纳米纤维。
图6.电化学阳极氧化处理的氧化铜纳米纤维的场发射扫描电子显微镜（FESEM）图像和拉曼光谱：（a）低倍率图像，（b）高倍率图像，（c）拉曼光谱。在1.0M NaOH中通过电化学阳极氧化处理的铜样品上的氧化物纳米纤维的FESEM图像：（d）低倍率图像，（e）高倍率图像。
图7.分别在（a）己烷和（b）二甲苯中通过原位化学氧化聚合制备不同形态的PEDOT/SWCNT复合材料的示意图。透射电子显微镜图像显示了具有（c）电缆状和（d）珊瑚状形态的PEDOT/SWCNT复合材料，使用（a）己烷和（b）二甲苯作为反应介质。碳纳米管含量对在己烷和二甲苯中制备的PEDOT/SWCNT复合材料的室温电导率（e）、塞贝克系数（f）和热电功率因数（g）的影响。
图8.平均直径为394nm的电纺PVP/醋酸钴纳米纤维（a）和氢还原后平均直径为124nm的Co纳米纤维（b）的扫描电子显微镜（SEM）图像。由124nm（c-e）和52nm（f-h）Co牺牲纳米纤维制成的PbTe中空纳米纤维的扫描电子显微镜图像。电解质的固定浓度为0.1mmol/L HTeO2+和0.1mol/L HNO3，但Pb2+浓度为10mmol/L（左栏：c和f）、50mmol/L（中栏：d和g）和100mmol/L（右栏：e和h）。所有的电置换反应在环境温度下持续30分钟。Pb43Te57纳米纤维垫与温度相关的（i）ΔV-ΔT表征和（j）塞贝克系数。紫色虚线显示了预测的最大塞贝克系数Smax，如Eg/2eTmax所示。
图9.通过在碳纳米管上溶胶凝胶沉积SiO2获得的二氧化硅涂层纳米纤维的透射电子显微镜（TEM）图像：（a）低倍率下的多根纳米纤维，（b）高倍率下的单根纳米纤维以显示SiO2层的厚度。
图10.在SDS胶束中通过原位化学氧化聚合随后进行真空过滤制备独立式1D PEDOT纳米纤维薄膜的示意图。
图11.（a）电阻与涂层次数的关系（插图显示了两次涂层的典型电导率和功率因数值），（b）具有不同PEDOT:PSS涂层次数的TE模块的电压输出与温度差关系图，以及由电压-ΔT曲线的斜率计算的塞贝克系数。（c）当ΔT=1K时，单个TE单元产生的电压与时间的关系图，（d）一个TE单元在不同ΔT下产生的电压与时间的关系图，（e）不同ΔT下输出功率（包含10个热电单元的复合TE器件）与外部电阻的关系图，（f）不同ΔT下电路电流和输出功率与输出电压的关系。（g）PVA-co-PE NM顶面和（h）PEDOT:PSS/PVA-co-PE NM横截面的场发射扫描电子显微镜（FESEM）图像。
图12.通过静电纺丝和原位化学还原制备负载银纳米颗粒的PEDOT:PSS纳米纤维的示意图（a）。用（b）1%、（c）5%和（d）10%银氨处理的复合纳米纤维的场发射扫描电子显微镜图像。（e）处理过的样品的X射线衍射（XRD）光谱。
图13.室温下银氨溶液浓度对复合纳米纤维薄膜（a）电导率、（b）载流子浓度和载流子迁移率、（c）塞贝克系数、（d）功率因数、（e）热导率和（f）ZT的影响。（a）和（c）中的插图显示了实验数据与基于并联或串联模型的计算值之间的比较。
图14.通过高压二氧化碳辅助聚合合成聚苯胺的流程图（a）。SEM图像（b）和TEM图像（c）显示了通过高压二氧化碳辅助聚合制备的聚苯胺纳米管和纳米纤维。
图15.通过简单氧化聚合（a-c）和界面聚合（d-f）制备的聚苯胺的TEM图像。
图16.较低（a）和较高（b）放大倍数下的SEM图像显示了在0.1M HCl中通过高压二氧化碳辅助聚合制备的具有矩形截面的聚苯胺纳米管。
图17.冷冻干燥的纯PS（b）、纯P3HT纳米纤维气凝胶（c）和含PS的P3HT纳米纤维气凝胶（P3HT/PS=6:94，w/w）的示意图（a）和SEM图像（d）。在含有PS的P3HT纳米纤维气凝胶中，观察到嵌入PS片材中的缠结P3HT纳米纤维，（e）P3HT含量为6%（质量）的气凝胶、P3HT薄膜、P3HT纳米纤维垫和无PS的P3HT纳米纤维气凝胶在300K下的塞贝克系数（S）与电导率（σ）的关系。黄色填充是由基于非简并半导体迁移率边缘模型的关系定量描述的区域。
图18.显示嵌入聚二甲基硅氧烷（PDMS）基质中的p型和n型Bi2Te3的示意图。手指触摸通过热电和摩擦电响应产生电能。
图19.与高密度p-n异质结集成的柔性纤维状热电发电机。
图20.通过蒸汽爆破工艺制备形状稳定的相变复合材料（SSPCCs）的图示。
图21.显示在PAN织物上制备（TFMC）n涂层的过程示意图。（a）由（TFMCB）8@PAN复合材料制成的光热发电（PTP）机的示意图，（b）热电发电机（TEG）和集成式PTP-TEG在有无光照条件下的热侧温度与时间的关系曲线，（c）输出电压与时间的关系曲线。
图22.用于温度和压力传感的喷墨打印热电纳米纤维装置的示意图和SEM图像。（a）通过喷墨打印制造传感器的程序图示（蓝色，p型热电材料；红色，n型热电材料），（b）印刷的多壁碳纳米管（MWCNT）的SEM图像，（c）印刷的PEDOT:PSS复合材料的SEM图像，以及（d）印刷的银纳米粒子（AgNPs）的SEM图像。
