나노기술 '필름'이 차세대 스마트 직물로 이어질 수 있다고 NCSU 연구진이 보고

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롤리 - 작은 탄소나노튜브(CNT)로 만든 필름은 필요에 따라 착용자를 가열하거나 냉각할 수 있는 의류를 개발하는 데 핵심 소재가 될 수 있습니다. 새로운 노스캐롤라이나 주립대학교 공부하다 CNT 필름은 차세대 스마트 직물의 매력적인 후보가 되는 열적, 전기적, 물리적 특성의 조합을 가지고 있음을 발견했습니다.

연구진은 또한 재료의 열적, 전기적 특성을 최적화하여 재료가 몇 주 동안 공기에 노출되어도 원하는 특성을 유지할 수 있었습니다. 더욱이 이러한 특성은 상대적으로 간단하고 지나치게 높은 온도가 필요하지 않은 공정을 사용하여 달성되었습니다.

“많은 연구자들이 무독성이고 저렴하면서도 가열과 냉각에 효율적인 물질을 개발하려고 노력하고 있습니다.” 투샤르 고쉬, 연구의 공동 교신저자. “탄소나노튜브는 적절하게 사용하면 안전하며 상대적으로 저렴한 형태를 사용하고 있습니다. 따라서 이는 잠재적으로 피부 옆에 사용할 수 있는 보다 저렴한 열전 재료입니다.” Ghosh는 NC State의 Wilson College of Textiles의 William A. Klopman 섬유학 석좌교수입니다.

“우리는 이 소재를 직물 자체에 통합하고 싶습니다.”라고 말했습니다. 코니 채터지, 연구의 첫 번째 저자이자 박사 학위입니다. NC 주립대 학생입니다. "현재 온도를 조절할 수 있는 의류에 대한 연구는 견고한 재료를 직물에 통합하는 데 중점을 두고 있으며 시중에서 판매되는 상업용 웨어러블 열전 장치도 유연성이 없습니다."

착용자를 식히기 위해 CNT는 외부 전류원이 적용될 때 신체에서 열을 빼낼 수 있는 특성을 가지고 있다고 Chatterjee는 말했습니다.

“한 면에는 냉각 특성이 있고 다른 면에는 가열 특성이 있는 필름처럼 생각하십시오.”라고 Ghosh는 말했습니다.

연구진은 재료의 전기 전도 능력과 열전도율, 열이 재료를 얼마나 쉽게 통과하는지를 측정했습니다.

가장 큰 발견 중 하나는 이 소재의 열 전도성이 상대적으로 낮다는 것입니다. 즉, 몸을 식히기 위해 몸을 떠난 후 열이 착용자에게 쉽게 다시 전달되지 않는다는 의미입니다. 이는 또한 착용자를 따뜻하게 하기 위해 소재를 사용하는 경우 열이 전류와 함께 신체를 향해 이동하고 다시 대기로 빠져나가지 않는다는 것을 의미합니다.

연구진은 의과대학 연구실과의 협력을 통해 소재의 열전도도를 정확하게 측정할 수 있었다. 리우 준, NC State의 기계 및 항공 우주 공학 조교수입니다. 연구진은 전류가 재료 내에서 이동하는 방향으로 재료의 열전도율을 보다 정확하게 측정하기 위해 특별한 실험 설계를 사용했습니다.

“재료의 성능에 대한 합리적인 추정치를 제공하려면 동일한 방향에서 각 특성을 측정해야 합니다.”라고 이번 연구의 공동 교신저자인 Liu가 말했습니다. “이것은 쉬운 일이 아니었습니다. 매우 어려웠지만 우리는 특히 얇고 유연한 필름의 경우 이를 측정하는 방법을 개발했습니다."

연구팀은 또한 두 환경 사이의 온도 차이, 즉 열 구배를 이용해 전기를 생성하는 물질의 능력을 측정했습니다. 연구원들은 가열, 냉각 또는 소형 전자 장치에 전력을 공급하는 데 이를 활용할 수 있다고 말했습니다.

Liu는 이러한 열전 특성이 중요하지만 유연하고 공기 중에서 안정적이며 상대적으로 만들기 쉬운 재료를 찾는 것도 중요하다고 말했습니다.

“이 논문의 요점은 우리가 최고의 열전 성능을 달성했다는 것이 아닙니다”라고 Liu는 말했습니다. “우리는 제조하기 쉽고 유연하고 전자적이며 부드러운 소재로 사용할 수 있는 것을 달성했습니다. 이 재료를 준비하는 것은 쉽고 이러한 특성을 얻기도 쉽습니다.”

궁극적으로 프로젝트에 대한 그들의 비전은 에너지 수확과 함께 착용자를 가열하고 냉각할 수 있는 스마트 직물을 설계하는 것입니다. 그들은 스마트 의류가 에너지 소비를 줄이는 데 도움이 될 수 있다고 믿습니다.

"집이나 공간 전체를 난방하거나 냉방하는 대신 신체 주변의 개인 공간을 난방하거나 냉방하게 됩니다."라고 Ghosh는 말했습니다. "온도 조절 장치를 1~2도 낮출 수 있다면 엄청난 양의 에너지를 절약할 수 있습니다."

"유연하고 상온 가공 가능한 도핑된 탄소 나노튜브 필름의 면내 열전 특성"이라는 논문이 저널에 게재되었습니다. ACS 응용 에너지 재료. 논문은 Ankit Negi 박사와 김경훈 박사가 공동 집필했습니다. NC 주립대 학생들. 이 연구는 보조금 1943813 및 1622451에 따라 국립 과학 재단(National Science Foundation)과 NC 주 총리 혁신 기금(NC State Chancellor's Innovation Fund)의 지원을 받았습니다.

(다) NCSU

원본 게시자: WRAL TechWire