Significant Improvement in Thermoelectric Properties of Carbon-Reinforced Cementitious Composites Achieved by Regulating the Graphitization Degree of Expanded Graphite

材料科学 热电效应 复合材料 水泥 石墨 塞贝克系数 热导率 碳纤维 热电材料 胶凝的 复合数 热力学 物理
作者
Jian Wei,Lihang Sheng,Enhao Lv,Zizhao Jiang,Wei Gao,Yupeng Guo,Hao Zhang,Xueting Li
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:16 (27): 35381-35389 被引量:1
标识
DOI:10.1021/acsami.4c08270
摘要

Building structures are exposed to direct sunlight for a long time, accumulating a large amount of low-grade thermal energy, which aggravates environmental pollution and energy consumption. Thermoelectric cement-based composites can realize the interconversion of thermal and electrical energy, showing great potential benefits in large-scale heat collection and energy conversion. Although a lot of exploration and research has been carried out on the thermoelectric properties of cement-based composites reinforced with carbon materials, the contribution of the characteristics of carbon materials, such as the graphitization degree, to the thermoelectric properties of cement-based composites is still unclear. In this article, the graphitization degree of expanded graphite (EG) was modulated by etching EG with an acid solution. The low graphitization degree improves the effective mass of carriers and aggravates the electron and phonon scattering at the interface of EG/cement-based composites. Low thermal conductivity was obtained while increasing the Seebeck coefficient of EG/cement-based composites. The power factor (17.1 μW m–1 K–2) and thermoelectric figure of merit (2.95 × 10–3) of the sample are increased by 18.6 times and 44.2 times, respectively, achieving the highest thermoelectric performance in cement-based composites reinforced with carbon materials. This study provides a direction for improving the thermoelectric properties of cement-based composites by structural regulation of carbon materials.

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