"סרט" ננוטק יכול להוביל לבדים חכמים מהדור הבא, כך מדווחים חוקרי NCSU
תאריך פרסום:ראלי - סרט העשוי מננו-צינוריות פחמן זעירות (CNT) עשוי להיות חומר מפתח בפיתוח בגדים שיכולים לחמם או לקרר את הלובש על פי דרישה. אוניברסיטת מדינת צפון קרוליינה חדשה לימוד מגלה שלסרט CNT יש שילוב של תכונות תרמיות, חשמליות ופיזיות שהופכות אותו למועמד מושך לבדים חכמים מהדור הבא.
החוקרים הצליחו גם לייעל את התכונות התרמיות והחשמליות של החומר, ולאפשר לחומר לשמור על תכונותיו הרצויות גם כאשר הוא נחשף לאוויר במשך שבועות רבים. יתרה מכך, תכונות אלו הושגו באמצעות תהליכים פשוטים יחסית ולא נזקקו לטמפרטורות גבוהות מדי.
"חוקרים רבים מנסים לפתח חומר שאינו רעיל וזול, אך בו זמנית יעיל בחימום וקירור", אמרו. טושאר גוש, מחבר שותף למחקר. "ננו-צינוריות פחמן, אם משתמשים בהן כראוי, בטוחות, ואנחנו משתמשים בצורה שהיא במקרה זולה, יחסית. אז זה עשוי להיות חומר תרמו-אלקטרי זול יותר שניתן להשתמש בו לצד העור." גוש הוא הפרופסור המובהק לטקסטיל ויליאם א. קלופמן במכללת הטקסטיל של וילסון במדינת NC.
"אנחנו רוצים לשלב את החומר הזה בבד עצמו," אמר קוני צ'אטרג'י, מחבר ראשון של המחקר ודוקטורט. סטודנט במדינת NC. "כרגע, המחקר על בגדים שיכולים לווסת טמפרטורה מתמקד מאוד בשילוב חומרים קשיחים בבדים, וגם מכשירים תרמו-אלקטריים מסחריים לבישים בשוק אינם גמישים."
כדי לקרר את הלובש, אמר Chatterjee, ל-CNT יש תכונות שיאפשרו להרחיק חום מהגוף כאשר מופעל מקור חיצוני של זרם.
"תחשוב על זה כמו סרט, עם תכונות קירור בצד אחד שלו וחימום בצד השני", אמר גוש.
החוקרים מדדו את יכולתו של החומר להוליך חשמל, כמו גם את המוליכות התרמית שלו, או באיזו קלות חום עובר דרך החומר.
אחד הממצאים הגדולים ביותר היה שלחומר מוליכות תרמית נמוכה יחסית - כלומר חום לא יחזור בקלות ללובש אותו לאחר שעזב את הגוף כדי לקרר אותו. זה גם אומר שאם נעשה שימוש בחומר כדי לחמם את הלובש, החום היה נע עם זרם לכיוון הגוף, ולא עובר בחזרה לאטמוספירה.
החוקרים הצליחו למדוד במדויק את המוליכות התרמית של החומר באמצעות שיתוף פעולה עם המעבדה של יוני ליו, עוזר פרופסור להנדסת מכונות וחלל במדינת NC. החוקרים השתמשו בתכנון ניסיוני מיוחד כדי למדוד בצורה מדויקת יותר את המוליכות התרמית של החומר בכיוון שהזרם החשמלי נע בתוך החומר.
"עליך למדוד כל נכס באותו כיוון כדי לתת לך הערכה סבירה של יכולות החומר", אמר ליו, מחבר שותף למחקר. "זו לא הייתה משימה קלה; זה היה מאוד מאתגר, אבל פיתחנו שיטה למדוד את זה, במיוחד עבור סרטים גמישים דקים".
צוות המחקר גם מדד את יכולת החומר לייצר חשמל באמצעות הבדל בטמפרטורה, או שיפוע תרמי, בין שתי סביבות. חוקרים אמרו שהם יכולים לנצל את זה לחימום, קירור או להפעלת אלקטרוניקה קטנה.
ליו אמר שלמרות שהתכונות התרמו-אלקטריות הללו היו חשובות, חשוב גם שהם מצאו חומר גם גמיש, יציב באוויר ופשוט יחסית להכנה.
"הנקודה של המאמר הזה היא לא שהשגנו את הביצועים התרמו-אלקטריים הטובים ביותר", אמר ליו. "השגנו משהו שיכול לשמש כחומר גמיש, אלקטרוני ורך שקל לייצר אותו. קל להכין את החומר הזה, וקל להשיג את התכונות האלה".
בסופו של דבר, החזון שלהם עבור הפרויקט הוא לעצב בד חכם שיכול לחמם ולקרר את הלובש, יחד עם קצירת אנרגיה. הם מאמינים שבגד חכם יכול לעזור להפחית את צריכת האנרגיה.
"במקום לחמם או לקרר דירה או חלל שלם, הייתם מחממים או מצננים את החלל האישי סביב הגוף", אמר גוש. "אם נוכל להוריד את התרמוסטט במעלה או שתיים, זה יכול לחסוך כמות אדירה של אנרגיה."
המאמר, "תכונות תרמו-אלקטריות במישור של סרטי ננו-צינורית פחמן מסוממים הניתנים לעיבוד גמיש וטמפרטורת החדר", פורסם בכתב העת ACS Applied Energy Materials. המאמר נכתב במשותף על ידי Ankit Negi ו- Kyunghoon Kim, שהם Ph.D. סטודנטים במדינת NC. המחקר נתמך על ידי הקרן הלאומית למדע, במסגרת מענקים 1943813 ו-1622451, ועל ידי קרן החדשנות של קנצלר מדינת NC.
(ג) NCSU
פוסט מקורי מאת: WRAL TechWire