ナノテク「フィルム」は次世代のスマートファブリックにつながる可能性があるとNCSU研究者が報告
発行日:ローリー – 極小のカーボンナノチューブ（CNT）でできたフィルムは、着用者の体温を必要に応じて上げたり下げたりできる衣類の開発に重要な材料となる可能性がある。ノースカロライナ州立大学の新しい研究チームが、 勉強 CNT フィルムは熱的、電気的、物理的特性を兼ね備えており、次世代のスマート ファブリックの魅力的な候補となることがわかりました。
研究者らはまた、材料の熱特性と電気特性を最適化することに成功し、数週間空気にさらされても材料が望ましい特性を維持できるようにした。さらに、これらの特性は、比較的単純で、過度に高い温度を必要としないプロセスを使用して達成された。
「多くの研究者が、無毒で安価でありながら、加熱と冷却に効率的な材料の開発に取り組んでいます」と、 トゥシャール・ゴーシュ、この研究の共同責任著者。「カーボンナノチューブは、適切に使用すれば安全です。そして、私たちが使用しているのは、比較的安価な形態です。ですから、これは皮膚のすぐそばで使用できる、より手頃な熱電材料になる可能性があります。」ゴーシュ氏は、ノースカロライナ州立大学ウィルソン繊維学部のウィリアム A. クロップマン繊維学名誉教授です。
「この素材を生地自体に統合したいのです」と コニー・チャタジー研究の筆頭著者であり、ノースカロライナ州立大学の博士課程の学生である、氏は次のように語っています。「現在、温度を調節できる衣服の研究は、硬い素材を布地に組み込むことに重点が置かれており、市販されているウェアラブル熱電デバイスも柔軟性がありません。」
チャタジー氏は、着用者の体温を冷やすために、CNT には外部から電流が供給されると体から熱を奪う特性があると述べた。
「片面には冷却効果があり、もう片面には加熱効果のあるフィルムのようなものだと考えてください」とゴーシュ氏は言う。
研究者たちは、材料の電気伝導能力と熱伝導率、つまり熱が材料をどれだけ容易に通過するかを測定した。
最も大きな発見の 1 つは、この素材の熱伝導率が比較的低いことです。つまり、熱は体から出て体を冷やすために着用者に戻ることは容易ではありません。また、この素材を使用して着用者を温めた場合、熱は電流とともに体に向かって移動し、大気中に戻らないことを意味します。
研究者たちは、研究室との協力を通じて、材料の熱伝導率を正確に測定することができました。 劉俊ノースカロライナ州立大学の機械・航空宇宙工学助教授である、研究者らは、材料内の電流が流れる方向における材料の熱伝導率をより正確に測定するために、特別な実験設計を採用した。
「材料の性能を合理的に推定するには、それぞれの特性を同じ方向から測定する必要があります」と、この研究の共同責任著者であるリュー氏は述べた。「これは簡単な作業ではありませんでした。非常に困難でしたが、私たちはこれを測定する方法を開発しました。特に薄い柔軟なフィルムの場合です。」
研究チームはまた、2つの環境間の温度差、つまり熱勾配を利用してこの材料が電気を生成する能力も測定した。研究者らは、この能力を暖房や冷房、あるいは小型電子機器への電力供給に利用できる可能性があると述べた。
劉氏は、これらの熱電特性は重要だが、柔軟性があり、空気中で安定しており、比較的簡単に作れる材料を見つけたことも重要だと述べた。
「この論文のポイントは、最高の熱電性能を達成したということではありません」とリュー氏は言う。「私たちは、製造が容易で、柔軟で電子的で柔らかい材料として使用できるものを実現しました。この材料を準備するのは簡単で、これらの特性を達成するのは簡単です。」
最終的に、このプロジェクトにおける彼らのビジョンは、エネルギーの収集とともに、着用者の体温調節と冷却ができるスマートな生地を設計することです。彼らは、スマートな衣服がエネルギー消費の削減に役立つと考えています。
「住居や空間全体を暖めたり冷やしたりする代わりに、体の周りの個人的な空間を暖めたり冷やしたりすることになります」とゴーシュ氏は言う。「サーモスタットの温度を1～2度下げることができれば、膨大な量のエネルギーを節約できます。」
「フレキシブルで室温で処理可能なドープカーボンナノチューブフィルムの面内熱電特性」という論文が、ジャーナルに掲載されました。 ACS アプライド エナジー マテリアルズこの論文は、ノースカロライナ州立大学の博士課程の学生であるアンキット・ネギとキョンフン・キムが共同執筆したものです。この研究は、国立科学財団の助成金 1943813 と 1622451、およびノースカロライナ州立大学学長イノベーション基金の支援を受けて行われました。
(C)NCSU
元の投稿者: WRAL TechWire