熱電材料利用Seebeck效應和Peltier效應可實現熱能和電能直接相互轉換，具有無噪音、無污染、可靠性高和使用壽命長等優點，在汽車尾氣廢熱、工業余熱和太陽能發電以及特殊制冷等領域具有廣泛的應用前景。熱電材料的轉換效率由無量綱的熱電優值ZT（=S2σT/κ）來表征，其中S和σ是材料的Seebeck系數和電導率，T為絕對溫度，κ為熱導率，S2σ稱為功率因子。高ZT值的熱電材料需要具備高Seebeck系數，高電導率以及低熱導率（包括電子熱導率κe和晶格熱導率κph）。
近年來，實驗上已經成功合成了碳納米管、碳納米線和石墨烯等碳基材料。相比于傳統材料，碳材料具有環境相容性好、碳源豐富且便于批量生產等優點。碳納米管以其獨特的結構和力學、電學和熱學等性質引起了研究人員的廣泛關注。在具有優異導電性能的同時，碳納米管的熱導率也非常高，這極大地限制了在熱電方面的應用。據報道，人們嘗試將碳納米管制備成三維碳材料，試圖通過管間的強相互作用降低其過高的熱導率從而提高其ZT值。然而，在這些三維碳材料中，碳納米管的結構發生了顯著的扭曲，其電學性能顯著降低。
中國科學院寧波材料技術與工程研究所結合了第一性原理計算、玻爾茲曼輸運理論和分子動力學模擬研究了一種三維雜化的有序碳納米網絡結構的熱電輸運性能。研究發現，這種有序的網絡結構的能帶結構類似于碳納米管，在平行管徑方向能帶色散明顯而在垂直管徑方向基本沒有色散，這種能帶決定了網絡結構的電學性能接近于碳納米管。并運用玻爾茲曼輸運理論計算驗證了這種推測。在合適的摻雜條件下，碳網絡結構可以表現出較高的Seebeck系數和適中的電導率，功率因子可以優化到較高水平。在熱導率方面，分子動力學模擬表明管間的成鍵作用使得碳網絡結構的熱導率比碳納米管至少降低了一個數量級。在900 K附近，(9,0)碳網絡結構的最優化ZT值可達到0.8，這一結果比碳納米管的最優化ZT值提高了一個量級。此外，通過一定的方法可以進一步降低碳網絡結構的熱導率，這將進一步提高體系的熱電性能。此項研究結果為碳材料應用在環境友好的高性能熱電材料方面提供了一種思路。相關成果已發表在國際期刊RSC Adv. 4, 42234 (2014)上。
該研究工作得到了國家自然科學基金（11404350）、中國博士后基金（2014M551782）、寧波市自然科學基金（2014A610003）和寧波市科技創新團隊（2014B82004）的支持。
