新型碳纳米管薄膜可用于下一代智能织物

近日北卡罗莱纳州立大学的一项新研究发现,碳纳米管(CNT)膜兼具热、电和物理特性,使其成为下一代智能织物的理想之选。由CNT制成的薄膜是开发服装的关键材料,可以按需加热或冷却。该研究发表在《ACS Applied Energy Materials》杂志上。

新型碳纳米管薄膜可用于下一代智能织物

研究人员还能够优化材料的热和电性能,即使在暴露于空气中数周的情况下也可以使材料保持理想的性能。而且,使用相对简单并且不需要过高的温度的方法来获得这些性能。

该研究的共同通讯作者北卡州立大学威尔逊纺织学院教授Tushar Ghosh说:“许多研究人员正在试图开发一种无毒且廉价的材料,但同时又能有效地加热和冷却。碳纳米管如果使用得当是安全的,因此,它是一种价格更便宜的热电材料,可以在皮肤附近使用。”

该研究的第一作者,博士生科尼·查特吉说:“我们希望将这种材料整合到织物中。目前,对可调节温度的服装的研究主要集中在将刚性材料集成到织物中,而市场上的商用可穿戴热电设备也不灵活。”查特吉说,为了给穿着者降温,碳纳米管具有一些特性,当施加外部电流源时,碳纳米管可以将热量从身体吸收。

通过与北卡罗来纳州立大学机械与航天工程学助理教授刘军的合作,研究人员能够准确地测量材料的导热系数。研究人员使用特殊的实验设计,可以在电流在材料内移动的方向上更准确地测量材料的导热率。

该研究的共同通讯作者刘军说:“您必须沿同一方向测量每个属性,以便对材料的功能进行合理的估计。这不是一件容易的事;这是非常具有挑战性的,但是我们开发了一种测量方法,特别是对于柔性薄膜而言。”

该研究小组还利用两种环境之间的温度差异或热梯度来测量材料的发电能力。研究人员说,他们可以利用这一优势进行加热,冷却或为小型电子设备供电。刘军说,尽管这些热电性能很重要,但关键是找到一种柔软,在空气中稳定并且制造相对简单的材料。

该研究的重点并不是获得了最佳的热电性能,而是获得了可以用作易于制造的柔性电子、柔软材料的材料。该材料易于制备,并且易于实现这些特性。最终,他们对该项目的愿景是设计一种能够加热和冷却穿戴者并收集能量的智能织物

研究人员测量了材料的导电能力、导热性或热量通过材料的难易程度。最大的发现之一是该材料的导热系数相对较低——意味着热量在离开身体进行冷却后不会轻易传回到穿戴者身上。这也意味着,如果使用该材料来温暖穿着者,热量将随电流流向身体,而不会散发到大气中。

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这项研究得到了美国国家科学基金会的支持,并获得了北卡罗来纳州州长创新基金的资助。[钱 鑫 博士]

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