Un « film » nanotechnologique pourrait conduire à des tissus intelligents de nouvelle génération, rapportent des chercheurs du NCSU
Date publiée:RALEIGH – Un film constitué de minuscules nanotubes de carbone (CNT) pourrait constituer un matériau clé dans le développement de vêtements capables de chauffer ou de refroidir celui qui le porte à la demande. Une nouvelle université d'État de Caroline du Nord étude constate que le film CNT possède une combinaison de propriétés thermiques, électriques et physiques qui en font un candidat attrayant pour les tissus intelligents de nouvelle génération.
Les chercheurs ont également pu optimiser les propriétés thermiques et électriques du matériau, lui permettant ainsi de conserver ses propriétés souhaitables même lorsqu'il est exposé à l'air pendant plusieurs semaines. De plus, ces propriétés ont été obtenues à l’aide de procédés relativement simples et ne nécessitant pas de températures trop élevées.
"De nombreux chercheurs tentent de développer un matériau non toxique et peu coûteux, mais en même temps efficace pour chauffer et refroidir", a déclaré Tushar Ghosh, auteur co-correspondant de l’étude. « Les nanotubes de carbone, s’ils sont utilisés de manière appropriée, sont sûrs et nous utilisons une forme qui s’avère relativement peu coûteuse. Il s’agit donc potentiellement d’un matériau thermoélectrique plus abordable qui pourrait être utilisé directement sur la peau. Ghosh est professeur émérite William A. Klopman de textiles au Wilson College of Textiles de NC State.
"Nous voulons intégrer ce matériau dans le tissu lui-même", a déclaré Kony Chatterjee, premier auteur de l'étude et titulaire d'un doctorat. étudiant à NC State. "À l'heure actuelle, la recherche sur les vêtements capables de réguler la température se concentre fortement sur l'intégration de matériaux rigides dans les tissus, et les appareils thermoélectriques portables commerciaux disponibles sur le marché ne sont pas non plus flexibles."
Pour refroidir l'utilisateur, a déclaré Chatterjee, les NTC ont des propriétés qui permettraient d'évacuer la chaleur du corps lorsqu'une source externe de courant est appliquée.
"Pensez-y comme à un film, avec des propriétés de refroidissement d'un côté et de chauffage de l'autre", a déclaré Ghosh.
Les chercheurs ont mesuré la capacité du matériau à conduire l'électricité, ainsi que sa conductivité thermique, ou la facilité avec laquelle la chaleur traverse le matériau.
L’une des découvertes les plus importantes était que le matériau avait une conductivité thermique relativement faible, ce qui signifie que la chaleur ne reviendrait pas facilement vers l’utilisateur après avoir quitté le corps afin de le refroidir. Cela signifie également que si le matériau était utilisé pour réchauffer celui qui le porte, la chaleur se propagerait avec un courant vers le corps et ne serait pas restituée dans l'atmosphère.
Les chercheurs ont pu mesurer avec précision la conductivité thermique du matériau grâce à une collaboration avec le laboratoire de Jun Liu, professeur adjoint de génie mécanique et aérospatial à NC State. Les chercheurs ont utilisé un modèle expérimental spécial pour mesurer avec plus de précision la conductivité thermique du matériau dans la direction dans laquelle le courant électrique se déplace à l'intérieur du matériau.
"Vous devez mesurer chaque propriété dans la même direction pour vous donner une estimation raisonnable des capacités du matériau", a déclaré Liu, co-auteur correspondant de l'étude. « Ce n’était pas une tâche facile ; C'était très difficile, mais nous avons développé une méthode pour mesurer cela, en particulier pour les films minces et flexibles.
L’équipe de recherche a également mesuré la capacité du matériau à générer de l’électricité en utilisant une différence de température, ou gradient thermique, entre deux environnements. Les chercheurs ont déclaré qu’ils pourraient en profiter pour chauffer, refroidir ou alimenter de petits appareils électroniques.
Liu a déclaré que même si ces propriétés thermoélectriques étaient importantes, il était également essentiel de trouver un matériau qui soit également flexible, stable dans l'air et relativement simple à fabriquer.
"Le but de cet article n'est pas que nous ayons atteint les meilleures performances thermoélectriques", a déclaré Liu. « Nous avons réalisé quelque chose qui peut être utilisé comme un matériau flexible, électronique, souple et facile à fabriquer. Il est facile de préparer ce matériau et d'obtenir ces propriétés.
En fin de compte, leur vision du projet est de concevoir un tissu intelligent capable de chauffer et de refroidir celui qui le porte, ainsi que de récupérer de l'énergie. Ils pensent qu’un vêtement intelligent pourrait contribuer à réduire la consommation d’énergie.
"Au lieu de chauffer ou de refroidir une habitation ou un espace entier, vous chaufferiez ou refroidiriez l'espace personnel autour du corps", a déclaré Ghosh. "Si nous pouvions baisser le thermostat d'un degré ou deux, cela pourrait économiser énormément d'énergie."
L'article intitulé « Propriétés thermoélectriques dans le plan des films de nanotubes de carbone dopés flexibles et traitables à température ambiante » a été publié dans la revue Matériaux énergétiques appliqués ACS. L'article a été co-écrit par Ankit Negi et Kyunghoon Kim, titulaires d'un doctorat. étudiants à NC State. La recherche a été soutenue par la National Science Foundation, au titre des subventions 1943813 et 1622451, et par le Fonds d'innovation du Chancelier d'État de Caroline du Nord.
(C) NCSU
Message original par : WRAL TechWire