柔性材料显示出在织物加热、冷却方面的潜力
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一种由微小碳纳米管(CNT)制成的薄膜可能是开发可按需加热或冷却服装的关键材料。一个新的北卡罗莱纳州立大学研究发现碳纳米管薄膜具有热学、电学和物理的综合性能，使其成为下一代智能织物的有吸引力的候选材料。
研究人员还能够优化材料的热和电气性能，使材料保持其理想的性能，即使暴露在空气中数周。此外，这些性能是通过相对简单的工艺实现的，不需要过高的温度。
“许多研究人员正在努力开发一种无毒、廉价的材料，但同时又能有效地加热和冷却，”他说印度央行Ghosh，该研究的共同通讯作者。“如果使用得当，碳纳米管是安全的，而我们使用的形式恰好相对便宜。所以这可能是一种更经济实惠的热电材料，可以用于皮肤附近。”高希是北卡罗来纳州威尔逊纺织学院William A. Klopman特聘教授。
“我们想把这种材料融入织物本身，”他说科尼Chatterjee他是该研究的第一作者，也是北卡罗来纳州立大学的博士生。“目前，关于能够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没有柔性。”
Chatterjee说，为了给穿戴者降温，当使用外部电流源时，碳纳米管可以将热量从身体带走。
Ghosh说:“可以把它想象成一层薄膜，一边具有冷却特性，另一边具有加热特性。”
研究人员测量了这种材料的导电能力，以及它的导热性，即热通过材料的容易程度。
其中一个最大的发现是，这种材料的导热系数相对较低，这意味着热量在离开身体后不会轻易回到穿着者身上以降温。这也意味着，如果这种材料被用来给穿着者保暖，热量会随着电流流向人体，而不会返回到大气中。
通过与麻省理工学院的合作，研究人员能够精确测量这种材料的导热系数刘骏他是北卡罗来纳州立大学机械和航空航天工程的助理教授。研究人员使用了一种特殊的实验设计，以更准确地测量材料的热导率在电流在材料内移动的方向。
“你必须在相同的方向上测量每个属性，从而给你一个合理的估计材料的能力，”Liu说，他是这项研究的共同通讯作者。“这不是一件容易的事;这是非常具有挑战性的，但我们开发了一种方法来测量这一点，特别是对于柔性薄膜。”
研究小组还测量了这种材料利用两种环境之间的温差(或热梯度)发电的能力。研究人员说，他们可以利用这一优势来加热、冷却，或为小型电子产品供电。
刘说，虽然这些热电特性很重要，但关键是他们发现了一种柔韧、在空气中稳定、制作相对简单的材料。
“这篇论文的重点并不是我们取得了最好的热电性能，”刘说。“我们实现了一种柔性的、电子的、容易制造的软材料。这种材料很容易制备，也很容易获得这些性能。”
最终，他们对这个项目的设想是设计一种智能布料，可以给穿着者加热和冷却，并能收集能量。他们认为智能服装可以帮助减少能源消耗。
高希说:“你可以加热或冷却身体周围的个人空间，而不是加热或冷却整个住宅或空间。”“如果我们能把恒温器的温度降低一到两度，就能节省大量的能源。”
论文“柔性和室温可加工掺杂碳纳米管薄膜的平面热电特性”发表在该杂志上ACS应用能源材料．该论文由北卡罗来纳州立大学的博士生Ankit Negi和Kyunghoon Kim共同撰写。该研究得到了国家科学基金会的支持，拨款为1943813和1622451，并得到了北卡罗莱纳州校长创新基金的支持。
-oleniacz -
编辑报告:摘要如下。
柔性和室温掺杂碳纳米管薄膜的平面内热电特性
作者: Kony Chatterjee, Ankit Negi, Kyunghoon Kim, Jun Liu和Tushar K. Ghosh，北卡罗莱纳州立大学。
发表: 6月29日,ACS应用能源材料。
摘要:具有高功率因数(PFs)和低导热系数(κ)的软材料对于将热电(TE)模块集成到用于能量收集或冷却应用的柔性形式因子中至关重要。本文报道了空气稳定的p型和n型多壁碳纳米管(MWCNT)薄膜的高功率因数(高达521µW/mK2)， n型掺杂采用两步法进行。在300 K时，p型和n型碳纳米管的最大优值(ZT)分别为0.019和0.015，且三种输运性质——塞贝克系数、电导率和κ都是平面测量的，提供了更准确的ZT。利用时域热反射(TDTR)，我们报道了一种快速和非接触测量的κ，没有复杂的微观加工或材料加工。此外，TE模块的p型腿和n型腿之间没有材料不匹配。这种材料在廉价和可伸缩的可穿戴收获和局部加热/冷却方面有广泛应用的潜力。
