柔性材料显示出用于织物加热冷却的潜力

由微小碳纳米管 (CNT) 制成的薄膜可能是开发能够按需加热或冷却穿着者的服装的关键材料。北卡罗来纳州立大学的一项新研究发现，碳纳米管薄膜具有热、电和物理特性的组合，使其成为下一代智能织物的有吸引力的候选者。

研究人员还能够优化材料的热学和电学特性，使材料即使暴露在空气中数周也能保持其理想的特性。此外，这些特性是使用相对简单且不需要过高温度的工艺实现的。

该研究的共同通讯作者 Tushar Ghosh 说：“许多研究人员正试图开发一种无毒且价格低廉，但同时能有效加热和冷却的材料。” “碳纳米管，如果使用得当，是安全的，相对而言，我们使用的形式恰好是便宜的。因此，它可能是一种更实惠的热电材料，可以贴在皮肤上使用。” Ghosh 是北卡罗来纳州威尔逊纺织学院的 William A. Klopman 纺织杰出教授。

“我们希望将这种材料整合到织物本身中，”该研究的第一作者兼博士 Kony Chatterjee 说。北卡罗来纳州立大学的学生。“目前，对可以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。”

Chatterjee 说，为了给佩戴者降温，CNT 具有在施加外部电流源时允许热量从身体排出的特性。

“把它想象成一层薄膜，它的一侧具有冷却特性，另一侧具有加热特性，”Ghosh 说。

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性相对较低——这意味着热量在离开身体后不会轻易传回佩戴者以冷却身体。这也意味着，如果使用这种材料为穿着者取暖，热量会随着电流流向身体，而不会传回大气中。

通过与北卡罗来纳州立大学机械和航空航天工程助理教授 Jun Liu 实验室的合作，研究人员能够准确测量材料的热导率。研究人员使用一种特殊的实验设计来更准确地测量材料在电流在材料内移动的方向上的热导率。

该研究的共同通讯作者刘说：“你必须在同一个方向上测量每个属性，才能对材料的能力做出合理的估计。” “这不是一项容易的任务;它非常具有挑战性，但我们开发了一种方法来测量这一点，特别是对于薄柔性薄膜。”

研究小组还测量了材料利用两种环境之间的温度差异或热梯度来发电的能力。研究人员表示，他们可以利用这一点来加热、冷却或为小型电子设备供电。

刘说，虽然这些热电特性很重要，但他们发现一种同样灵活、在空气中稳定且制造相对简单的材料也很关键。

“这篇论文的重点不是我们实现了最好的热电性能，”刘说。“我们实现了一种可以用作易于制造的柔性电子软材料的东西。这种材料很容易制备，而且很容易实现这些特性。”

最终，他们对该项目的愿景是设计一种智能织物，可以为穿着者加热和冷却，同时收集能量。他们相信智能服装可以帮助减少能源消耗。

“不是加热或冷却整个住宅或空间，而是加热或冷却身体周围的个人空间，”戈什说。“如果我们能把恒温器调低一两度，就可以节省大量能源。”

论文“柔性和室温可加工掺杂碳纳米管薄膜的面内热电特性”发表在ACS 应用能源材料杂志上。

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