NCSU:n tutkijat raportoivat, että nanoteknologian "filmi" voi johtaa seuraavan sukupolven älykkäisiin kankaisiin
Julkaisupäivä:RALEIGH – Pienistä hiilinanoputkista (CNT) valmistettu kalvo voi olla avainmateriaali kehitettäessä vaatteita, jotka voivat lämmittää tai jäähdyttää käyttäjää tarpeen mukaan. Uusi North Carolina State University opiskella toteaa, että CNT-kalvossa on yhdistelmä lämpö-, sähkö- ja fysikaalisia ominaisuuksia, jotka tekevät siitä houkuttelevan ehdokkaan seuraavan sukupolven älykankaille.
Tutkijat pystyivät myös optimoimaan materiaalin lämpö- ja sähköominaisuudet, jolloin materiaali voi säilyttää toivotut ominaisuudet jopa altistuessaan ilmalle useiden viikkojen ajan. Lisäksi nämä ominaisuudet saavutettiin käyttämällä prosesseja, jotka olivat suhteellisen yksinkertaisia ja jotka eivät vaatineet liian korkeita lämpötiloja.
"Monet tutkijat yrittävät kehittää materiaalia, joka on myrkytön ja edullinen, mutta samalla tehokas lämmittämään ja jäähdyttämään", sanoi Tushar Ghosh, tutkimuksen toinen kirjoittaja. ”Oikein käytettyinä hiilinanoputket ovat turvallisia, ja käytämme muotoa, joka sattuu olemaan suhteellisen edullinen. Joten se on mahdollisesti edullisempi lämpösähköinen materiaali, jota voitaisiin käyttää ihon vieressä." Ghosh on William A. Klopman Distinguished Professor Textiles NC Staten Wilson College of Textilesissä.
"Haluamme integroida tämän materiaalin itse kankaaseen", sanoi Kony Chatterjee, tutkimuksen ensimmäinen kirjoittaja ja Ph.D. opiskelija NC Statessa. "Tällä hetkellä lämpötilaa säätelevien vaatteiden tutkimus keskittyy voimakkaasti jäykkien materiaalien integroimiseen kankaisiin, eivätkä kaupalliset puettavat lämpösähköiset laitteet myöskään ole joustavia."
Chatterjee sanoi, että CNT:illä on käyttäjän jäähdyttämiseksi ominaisuuksia, jotka mahdollistavat lämmön imeytymisen pois kehosta, kun ulkoista virtalähdettä käytetään.
"Ajattele sitä kalvona, jonka toisella puolella on jäähdytysominaisuudet ja toisella lämmitys", Ghosh sanoi.
Tutkijat mittasivat materiaalin kykyä johtaa sähköä sekä sen lämmönjohtavuutta tai kuinka helposti lämpö kulkee materiaalin läpi.
Yksi suurimmista löydöistä oli, että materiaalilla on suhteellisen alhainen lämmönjohtavuus – eli lämpö ei kulje helposti takaisin käyttäjälleen sen jälkeen, kun se on poistunut kehosta jäähdyttämään sitä. Tämä tarkoittaa myös sitä, että jos materiaalia käytettäisiin käyttäjän lämmittämiseen, lämpö kulkisi virran mukana kehoa kohti eikä palaisi takaisin ilmakehään.
Tutkijat pystyivät mittaamaan tarkasti materiaalin lämmönjohtavuuden yhteistyössä laboratorion kanssa Jun Liu, mekaniikka- ja ilmailutekniikan apulaisprofessori NC Statessa. Tutkijat käyttivät erityistä kokeellista suunnittelua mitatakseen tarkemmin materiaalin lämmönjohtavuutta suuntaan, johon sähkövirta liikkuu materiaalin sisällä.
"Sinun on mitattava jokainen ominaisuus samaan suuntaan, jotta saat kohtuullisen arvion materiaalin ominaisuuksista", sanoi Liu, tutkimuksen vastaava kirjoittaja. ”Tämä ei ollut helppo tehtävä; se oli erittäin haastavaa, mutta kehitimme menetelmän tämän mittaamiseen erityisesti ohuille joustaville kalvoille."
Tutkimusryhmä mittasi myös materiaalin kykyä tuottaa sähköä käyttämällä lämpötilaeroa tai lämpögradienttia kahden ympäristön välillä. Tutkijat sanoivat, että he voisivat hyödyntää tätä lämmitykseen, jäähdytykseen tai pienten elektroniikkalaitteiden tehostamiseen.
Liu sanoi, että vaikka nämä lämpösähköiset ominaisuudet olivat tärkeitä, oli myös tärkeää, että he löysivät materiaalin, joka oli myös joustava, vakaa ilmassa ja suhteellisen yksinkertainen valmistaa.
"Tämän paperin pointti ei ole se, että saavutimme parhaan lämpösähköisen suorituskyvyn", Liu sanoi. ”Saimme aikaan jotain, jota voidaan käyttää joustavana, elektronisena, pehmeänä materiaalina, joka on helppo valmistaa. Tämä materiaali on helppo valmistaa, ja nämä ominaisuudet on helppo saavuttaa."
Viime kädessä heidän visionsa projektista on suunnitella älykäs kangas, joka voi lämmittää ja jäähdyttää käyttäjää sekä energiaa. He uskovat, että älykäs vaate voi auttaa vähentämään energiankulutusta.
"Koko asunnon tai tilan lämmittämisen tai jäähdyttämisen sijaan lämmittäisitte tai viilentäisitte ruumiin ympärillä olevaa henkilökohtaista tilaa", Ghosh sanoi. "Jos saisimme termostaatin alas asteen tai kaksi, se voisi säästää valtavasti energiaa."
Artikkeli "Joustavien ja huoneenlämpötilassa prosessoitavien seostettujen hiilinanoputkikalvojen tasossa olevat lämpösähköiset ominaisuudet" julkaistiin lehdessä ACS Applied Energy Materials. Paperin ovat kirjoittaneet Ankit Negi ja Kyunghoon Kim, jotka ovat Ph.D. opiskelijat NC Statessa. Tutkimusta ovat tukeneet National Science Foundation, apurahoilla 1943813 ja 1622451 sekä NC State Chancellor's Innovation Fund.
(C) NCSU
Alkuperäinen viesti: WRAL TechWire