低成本高导电的高温热电应用石墨气凝胶研究

聂祎楠; 胡洋; 辛楠; 李一斐; 赵欣; 张敏; 唐桂华

西安交通大学学报 ›› 2026, Vol. 60 ›› Issue (3) : 144 -154.

聂祎楠, 胡洋, 辛楠, 李一斐, 赵欣, 张敏, 唐桂华

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摘要

针对工业应用和航空航天高温条件下对高效隔热与热电转换的双重需求，通过定向冷冻干燥法和高温碳化技术，以鳞片石墨作为主要基材、羟乙基纤维素（HEC）/白水泥为三维骨架模板，制备出具有高度取向性片层结构的石墨气凝胶。该气凝胶具备室温至700℃的宽工作温区，在700℃下实现67.63 S·cm^-1的超高电导率，其成本归一化电导率比已有导电气凝胶高2、3个数量级，具有明显的成本优势。同时，针对片层分形结构，提出了二级Voronoi图导电模型，基于该模型揭示了HEC增强低目数石墨导电、抑制高目数石墨导电的微观机理。石墨气凝胶在高温下的优异热稳定性，结合稳定的塞贝克系数(12～17μV·K^-1)和对石墨本征热导率的有效抑制（降低3个数量级）,证明其具有高温热电应用潜力。该研究为实现热电气凝胶实际应用提供了理论基础及设计指导。