新材料：玄武岩繊維に基づく熱電変換材料が進展

熱電材料は素子の両端の温度差を利用して、直接熱エネルギーを電気エネルギーに変換することができて、廃熱発電、グリーン冷凍などの分野で応用の潜在力を持っている。多種多様な熱電材料の中で、無機繊維は優れた機械性能、耐食性、耐高温などの性能で注目されている。

玄武岩繊維（BF）は天然火山岩を原料とし、高温で溶融して作られた連続繊維で、強度が高く、高温に耐え、熱伝導率が低いなどの性能を持っているが、その絶縁特性は熱電繊維分野での発展を制限している。

最近、中国科学院新疆理化技術研究所は香港中文大学（深セン）と協力し、1次元カーボンナノチューブ（CNT）と2次元グラフェン（RGO）をエポキシエマルジョンに分散させ、導電性を有するナノ複合浸潤剤を得た。科学研究者は得られた浸潤剤を玄武岩繊維表面に塗布し、玄武岩繊維に基づく熱電変換材料を製造した（図1）。

研究により、得られた繊維はすべてN型半導体であり、優れた熱電変換性能を示し、Seebeck係数（材料の温度差による電圧発生能力を特徴づける）はそれぞれ-46.34µV/Kと-20.18であったµV/K。異なるナノ複合浸潤剤の導入により、玄武岩繊維の単糸延伸強度は1258 MPa（BF）から1549 MPa（CNT/BF）と1679 MPa（RGO/BF）にそれぞれ23%（CNT/BF）と33%（RGO/BF）に上昇し、浸潤剤は繊維表面欠陥構造に対して良好な修復作用を持つことを表明した。

また、ナノ複合浸潤剤は繊維と樹脂との相互作用を効果的に向上させ、CNT/BFとRGO/BFとエポキシ樹脂との界面せん断強度をそれぞれ52%と154%向上させることができる。この研究は表面改質技術を通じて玄武岩繊維に独特な多機能特性を与え、この繊維類の応用に新しい構想を提供した。

関連研究成果はColloids and Surfaces A：Physicochemical and Engineeringに発表されたAspects上。研究は新疆の「天山英才」育成計画や中国科学院などの支持を得ている。

玄武岩繊維基熱電変換材料の製造及び動作原理