北卡羅來納州立大學研究人員報告稱，奈米技術「薄膜」可能會催生下一代智慧織物

2020年7月6日

羅利 – 由微小碳奈米管（CNT）製成的薄膜可能是開發可根據穿著者需要加熱或冷卻的服裝的關鍵材料。新的北卡羅來納州立大學學習研究發現，碳奈米管薄膜具有熱、電和物理特性，使其成為下一代智慧織物的有吸引力的候選者。

研究人員還能夠優化材料的熱性能和電性能，使材料即使暴露在空氣中數週也能保持其理想的性能。此外，這些特性是透過相對簡單的製程實現的，不需要過高的溫度。

「許多研究人員正在嘗試開發一種無毒且廉價的材料，但同時可以有效地加熱和冷卻，」說圖沙爾·戈什，該研究的共同通訊作者。「如果使用得當，碳奈米管是安全的，而且我們使用的形式相對而言也很便宜。因此，它可能是一種更實惠的熱電材料，可以貼近皮膚使用。 Ghosh 是北卡羅來納州立大學威爾遜紡織學院的 William A. Klopman 傑出紡織教授。

「我們希望將這種材料融入織物本身中，」說科尼·查特吉，該研究的第一作者和博士學位。北卡羅來納州立大學的學生。 “目前，對可調節溫度的服裝的研究主要集中在將剛性材料整合到織物中，而市場上的商用可穿戴熱電設備也不靈活。”

查特吉說，為了給佩戴者降溫，碳奈米管具有在施加外部電流源時可以將熱量從身體上帶走的特性。

「把它想像成一層薄膜，一邊具有冷卻特性，另一邊具有加熱特性，」戈什說。

研究人員測量了材料的導電能力、導熱性，或熱量穿過材料的難易程度。

最重要的發現之一是該材料的導熱率相對較低，這意味著熱量在離開身體後不會輕易傳回佩戴者身上以冷卻身體。這也意味著，如果使用這種材料來為穿著者取暖，熱量會隨著電流流向身體，而不會傳回大氣中。

透過與實驗室的合作，研究人員能夠準確測量材料的導熱率劉軍，北卡羅來納州立大學機械與航空航天工程助理教授。研究人員使用特殊的實驗設計來更準確地測量材料在電流在材料內移動方向上的熱導率。

「你必須在同一方向上測量每個屬性，才能對材料的性能做出合理的估計，」該研究的共同通訊作者劉說。「這不是一件容易的事；這是非常具有挑戰性的，但我們開發了一種測量方法，特別是對於柔性薄膜。

研究小組也測量了材料利用兩種環境之間的溫度差或熱梯度發電的能力。研究人員表示，他們可以利用這一點來加熱、冷卻或為小型電子設備供電。

劉說，雖然這些熱電特性很重要，但他們找到一種柔韌、在空氣中穩定且製造相對簡單的材料也很關鍵。

「這篇論文的重點不是我們實現了最好的熱電性能，」劉說。「我們取得了一些成果，可以用作易於製造的柔性電子軟材料。這種材料很容易製備，也很容易實現這些特性。

最終，他們對該項目的願景是設計一種智慧織物，可以為穿著者加熱和冷卻，並收集能量。他們相信智慧服裝可以幫助減少能源消耗。

「你可以加熱或冷卻身體周圍的個人空間，而不是加熱或冷卻整個住宅或空間，」戈什說。 “如果我們能夠將恆溫器調低一兩度，就可以節省大量能源。”

論文《柔性室溫可加工摻雜碳奈米管薄膜的面內熱電性能》發表在該雜誌上 ACS應用能源材料。該論文由 Ankit Negi 和 Kyunghoon Kim 博士共同撰寫。北卡羅來納州立大學的學生。該研究得到了美國國家科學基金會（撥款 1943813 和 1622451）以及北卡羅來納州校長創新基金的支持。

(C) 北卡羅來納州立大學

原帖作者： WRAL 技術線