Naukowcy z NCSU podają, że „folia” nanotechnologiczna może zaowocować powstaniem inteligentnych tkanin nowej generacji

RALEIGH – Folia wykonana z maleńkich nanorurek węglowych (CNT) może okazać się kluczowym materiałem przy opracowywaniu odzieży, która będzie w stanie na żądanie ogrzać lub ochłodzić użytkownika. Nowy Uniwersytet Stanowy Karoliny Północnej badanie stwierdza, że folia CNT ma połączenie właściwości termicznych, elektrycznych i fizycznych, co czyni ją atrakcyjnym kandydatem na inteligentne tkaniny nowej generacji.

Naukowcom udało się także zoptymalizować właściwości termiczne i elektryczne materiału, dzięki czemu materiał zachowuje swoje pożądane właściwości nawet po wielotygodniowym wystawieniu na działanie powietrza. Ponadto właściwości te osiągnięto stosując procesy stosunkowo proste i niewymagające zbyt wysokich temperatur.

„Wielu badaczy próbuje opracować materiał, który jest nietoksyczny i niedrogi, a jednocześnie skutecznie ogrzewa i chłodzi” – powiedział Tushara Ghosha, współautor badania. „Nanorurki węglowe, jeśli są odpowiednio stosowane, są bezpieczne, a my używamy formy, która jest stosunkowo niedroga. Jest to zatem potencjalnie tańszy materiał termoelektryczny, który można stosować bezpośrednio na skórę”. Ghosh jest wybitnym profesorem tekstyliów im. Williama A. Klopmana w Wilson College of Textiles w stanie Karolina Północna.

„Chcemy zintegrować ten materiał z samą tkaniną” – powiedział Kony'ego Chatterjee, pierwszy autor badania i doktorant. student NC State. „W tej chwili badania nad odzieżą regulującą temperaturę skupiają się głównie na łączeniu sztywnych materiałów z tkaninami, a dostępne na rynku komercyjne urządzenia termoelektryczne do noszenia również nie są elastyczne”.

Chatterjee powiedział, że aby ochłodzić użytkownika, nanorurki CNT mają właściwości, które pozwalają na odprowadzanie ciepła z ciała po przyłożeniu zewnętrznego źródła prądu.

„Pomyśl o tym jak o folii, która z jednej strony ma właściwości chłodzące, a z drugiej podgrzewające” – powiedział Ghosh.

Naukowcy zmierzyli zdolność materiału do przewodzenia prądu elektrycznego, a także przewodność cieplną, czyli łatwość przenikania ciepła przez materiał.

Jednym z najważniejszych odkryć było to, że materiał ma stosunkowo niską przewodność cieplną, co oznacza, że ciepło nie będzie łatwo wracać do użytkownika po opuszczeniu ciała w celu jego ochłodzenia. Oznacza to również, że gdyby materiał został użyty do ogrzania użytkownika, ciepło przemieszczałoby się prądem w kierunku ciała i nie wracało do atmosfery.

Dzięki współpracy z laboratorium naukowcom udało się dokładnie zmierzyć przewodność cieplną materiału Jun Liu, adiunkt inżynierii mechanicznej i lotniczej w NC State. Naukowcy wykorzystali specjalny projekt eksperymentalny, aby dokładniej zmierzyć przewodność cieplną materiału w kierunku przepływu prądu elektrycznego w materiale.

„Musisz mierzyć każdą właściwość w tym samym kierunku, aby uzyskać rozsądną ocenę możliwości materiału” – powiedział Liu, współautor badania. „To nie było łatwe zadanie; było to bardzo trudne, ale opracowaliśmy metodę pomiaru tego problemu, szczególnie w przypadku cienkich, elastycznych folii”.

Zespół badawczy zmierzył także zdolność materiału do wytwarzania energii elektrycznej, wykorzystując różnicę temperatur, czyli gradient termiczny, pomiędzy dwoma środowiskami. Naukowcy stwierdzili, że mogliby wykorzystać to do ogrzewania, chłodzenia lub zasilania małej elektroniki.

Liu powiedział, że chociaż właściwości termoelektryczne są ważne, kluczowe było również znalezienie materiału, który jest również elastyczny, stabilny na powietrzu i stosunkowo prosty w wykonaniu.

„Celem tego artykułu nie jest to, że osiągnęliśmy najlepszą wydajność termoelektryczną” – powiedział Liu. „Osiągnęliśmy coś, co można wykorzystać jako elastyczny, elektroniczny, miękki materiał, który jest łatwy w produkcji. Przygotowanie tego materiału jest łatwe i łatwe jest osiągnięcie tych właściwości.”

Ostatecznie ich wizja projektu polega na zaprojektowaniu inteligentnego materiału, który będzie mógł ogrzewać i chłodzić użytkownika, a także zbierać energię. Wierzą, że inteligentna odzież może pomóc w zmniejszeniu zużycia energii.

„Zamiast ogrzewać lub chłodzić całe mieszkanie lub przestrzeń, można ogrzewać lub chłodzić przestrzeń osobistą wokół ciała” – powiedział Ghosh. „Gdybyśmy mogli obniżyć termostat o stopień lub dwa, mogłoby to zaoszczędzić ogromną ilość energii”.

Artykuł pt. „In-plane Thermoelectric Properties of Elastic and Room Temperatura Processable Doped Carbon Nanotube Films” został opublikowany w czasopiśmie ACS Stosowane materiały energetyczne. Współautorami artykułu są Ankit Negi i Kyunghoon Kim, którzy mają stopień doktora. studenci NC State. Badania były wspierane przez National Science Foundation w ramach grantów 1943813 i 1622451 oraz przez Fundusz Innowacji Kanclerza Stanu NC.

(C) NCSU

Oryginalny post autorstwa: WRALTechWire