Una "pellicola" nanotecnologica potrebbe portare a tessuti intelligenti di prossima generazione, riferiscono i ricercatori dell'NCSU

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RALEIGH – Una pellicola composta da minuscoli nanotubi di carbonio (CNT) può essere un materiale chiave nello sviluppo di indumenti in grado di riscaldare o raffreddare chi lo indossa su richiesta. Una nuova Università statale della Carolina del Nord studio scopre che la pellicola CNT ha una combinazione di proprietà termiche, elettriche e fisiche che la rendono un candidato interessante per i tessuti intelligenti di prossima generazione.

I ricercatori sono stati anche in grado di ottimizzare le proprietà termiche ed elettriche del materiale, consentendo al materiale di mantenere le sue proprietà desiderabili anche se esposto all'aria per molte settimane. Inoltre, queste proprietà sono state ottenute utilizzando processi relativamente semplici e che non richiedevano temperature eccessivamente elevate.

"Molti ricercatori stanno cercando di sviluppare un materiale che sia non tossico e poco costoso, ma allo stesso tempo efficiente nel riscaldamento e nel raffreddamento", ha affermato Tushar Gosh, co-autore corrispondente dello studio. “I nanotubi di carbonio, se utilizzati in modo appropriato, sono sicuri e stiamo utilizzando una forma che sembra essere poco costosa, relativamente parlando. Quindi è potenzialmente un materiale termoelettrico più conveniente che potrebbe essere utilizzato a contatto con la pelle”. Ghosh è il professore illustre di tessuti William A. Klopman presso il Wilson College of Textiles della Carolina del Nord.

"Vogliamo integrare questo materiale nel tessuto stesso", ha detto Kony Chatterjee, primo autore dello studio e Ph.D. studente presso NC State. "Al momento, la ricerca sugli indumenti in grado di regolare la temperatura si concentra fortemente sull'integrazione di materiali rigidi nei tessuti, e nemmeno i dispositivi termoelettrici indossabili commerciali sul mercato sono flessibili."

Per raffreddare chi li indossa, ha detto Chatterjee, i CNT hanno proprietà che consentono di allontanare il calore dal corpo quando viene applicata una fonte esterna di corrente.

“Pensalo come un film, con proprietà di raffreddamento da un lato e di riscaldamento dall’altro”, ha detto Ghosh.

I ricercatori hanno misurato la capacità del materiale di condurre elettricità, nonché la sua conduttività termica, ovvero la facilità con cui il calore passa attraverso il materiale.

Una delle scoperte più importanti è stata che il materiale ha una conduttività termica relativamente bassa, il che significa che il calore non ritornerebbe facilmente verso chi lo indossa dopo aver lasciato il corpo per raffreddarlo. Ciò significa anche che se il materiale fosse utilizzato per riscaldare chi lo indossa, il calore viaggerebbe con una corrente verso il corpo e non ritornerebbe nell’atmosfera.

I ricercatori sono stati in grado di misurare con precisione la conduttività termica del materiale attraverso una collaborazione con il laboratorio di Jun Liu, un assistente professore di ingegneria meccanica e aerospaziale presso la NC State. I ricercatori hanno utilizzato uno speciale disegno sperimentale per misurare con maggiore precisione la conduttività termica del materiale nella direzione in cui la corrente elettrica si muove all'interno del materiale.

"Devi misurare ciascuna proprietà nella stessa direzione per avere una stima ragionevole delle capacità del materiale", ha detto Liu, co-autore corrispondente dello studio. "Questo non era un compito facile; è stato molto impegnativo, ma abbiamo sviluppato un metodo per misurarlo, soprattutto per le pellicole flessibili sottili”.

Il gruppo di ricerca ha anche misurato la capacità del materiale di generare elettricità utilizzando una differenza di temperatura, o gradiente termico, tra due ambienti. I ricercatori hanno affermato che potrebbero trarne vantaggio per il riscaldamento, il raffreddamento o per alimentare piccoli dispositivi elettronici.

Liu ha affermato che, sebbene queste proprietà termoelettriche fossero importanti, era anche fondamentale trovare un materiale che fosse anche flessibile, stabile nell’aria e relativamente semplice da realizzare.

"Il punto di questo documento non è che abbiamo ottenuto la migliore prestazione termoelettrica", ha detto Liu. “Abbiamo ottenuto qualcosa che può essere utilizzato come materiale flessibile, elettronico, morbido e facile da fabbricare. È facile preparare questo materiale ed è facile ottenere queste proprietà”.

In definitiva, la loro visione del progetto è quella di progettare un tessuto intelligente in grado di riscaldare e rinfrescare chi lo indossa, insieme alla raccolta di energia. Credono che un capo di abbigliamento intelligente possa aiutare a ridurre il consumo di energia.

“Invece di riscaldare o raffreddare un’intera abitazione o spazio, riscalderesti o raffredderesti lo spazio personale attorno al corpo”, ha detto Ghosh. “Se potessimo abbassare il termostato di un grado o due, potremmo risparmiare un’enorme quantità di energia”.

L’articolo, “Proprietà termoelettriche in aereo di film di nanotubi di carbonio drogati flessibili e processabili a temperatura ambiente”, è stato pubblicato sulla rivista Materiali energetici applicati ACS. L'articolo è stato scritto in collaborazione da Ankit Negi e Kyunghoon Kim, che sono Ph.D. studenti della NC State. La ricerca è stata sostenuta dalla National Science Foundation, con le sovvenzioni 1943813 e 1622451, e dal Fondo per l'innovazione del Cancelliere dello Stato NC.

(C) NCSU

Messaggio originale di: WRAL TechWire