Verwarmde handschoenen, armbanden, en zelfs ringen zijn enkele van de mogelijke toepassingen van sterk geleidend MXene, een 2D-materiaal gemaakt van afwisselende atomaire lagen van titanium en koolstof. In een nieuwe studie, onderzoekers hebben MXene-vlokken gefabriceerd, hechtte vervolgens de vlokken elektrostatisch aan draden, en tenslotte naaide de draden in gewone stoffen die veilig kunnen worden verwarmd onder een lage spanning.

De onderzoekers, onder leiding van Chong Min Koo, aan het Korea Institute of Science and Technology en Korea University, en Cheolminpark, aan de Yonsei-universiteit, hebben een artikel gepubliceerd over de vorm-aanpasbare MXene-verwarmer in een recent nummer van: ACS Nano .

In recente jaren, onderzoekers hebben verschillende materialen onderzocht die als flexibel kunnen worden gebruikt, draagbare kachels. Hoewel materialen zoals koolstofnanobuizen en grafeen uitstekende elektrische en optische eigenschappen hebben, het was een uitdaging om ze te verwerken voor gebruik in toepassingen.

Een nieuwer materiaal, MXene werd voor het eerst geïntroduceerd in 2011 door onderzoekers van Drexel University. MXene is een 2-D kristallijn materiaal dat een metaalachtige geleidbaarheid en een sterk elektrisch-naar-warmte-omzettingsgedrag vertoont. Het kan ook gemakkelijk worden verwerkt tot dunne films en stoffen.

"We waren in staat om nieuwe lichtgewicht, kosteneffectieve maar hoogwaardige elektrische verwarmers op basis van opkomende 2D-materialen van MXene, die geschikt zijn voor draagbare toepassingen en toepassingen op het lichaam, "Park vertelde" Phys.org . "Er zijn verschillende kandidaten voor dit doel voorgesteld, op basis van koolstofnanomaterialen, maar ze worden beperkt door ofwel hun slechte verwerkbaarheid of lage elektrische geleidbaarheid met schadelijke en giftige chemicaliën. We hebben deze problemen opgelost met door de oplossing verwerkte MXene-vlokken."

In de nieuwe studie de onderzoekers gebruikten eerst MXene-vlokken om een ​​transparante dunnefilmverwarmer te fabriceren. Onder een toegepaste 15 V, de temperatuur van de verwarming steeg met een snelheid van 8°C/seconde om een ​​maximum van 120°C (248°F) te bereiken. Door de heater 5 minuten onder te dompelen in vloeibare stikstof, de onderzoekers toonden aan dat de verwarming als ontdooier zou kunnen functioneren, het snel verwijderen van de rijp op het oppervlak onder 12 V. Als een demonstratie van zijn hoge flexibiliteit, de kachel kan in een hoek van 90 ° worden gevouwen zonder enige toename van de weerstand, en bleef functioneren, zelfs als hij in tweeën was gevouwen, hoewel met grotere weerstand.

De onderzoekers toonden ook aan dat de MXene-vlokken kunnen worden gebruikt om verwarmde stof te maken. Om dit te doen, de onderzoekers behandelden commerciële polymeerdraden met een coating om hun elektrostatische interactie met de MXene-vlokken te verbeteren. Daarna doopten ze de draden in een wateroplossing met MXene-vlokken. De elektrostatische interactie tussen de positief geladen draden en negatief geladen vlokken zorgde ervoor dat de vlokken zichzelf assembleerden op de individuele vezels, daarbij de witte draden zwart maken.

De met MXene gecoate draden werden vervolgens aan elkaar genaaid met katoen om verwarmde kleding te maken. Onder een kleine spanning, elke MXene-vlok fungeerde als een kleine verwarming. Door de spanning te regelen, de onderzoekers konden de temperatuur van een koude huid geleidelijk weer op de normale lichaamstemperatuur brengen zonder de huid te beschadigen. In toekomstige toepassingen, de verwarmde kleding kan worden gevoed door conventionele batterijen of alternatieve stroombronnen.

"Mogelijk, onze verwarming kan worden aangedreven door de energie die is opgeslagen in batterijen en/of supercondensatoren van een verscheidenheid aan opkomende hernieuwbare energiebronnen, zoals draagbare zonnecellen, tribo-elektrische energiegenerators, enzovoort, ' zei Park.

De onderzoekers verwachten dat de robuuste, flexibele verwarmde kleding kan nuttig zijn voor thermotherapie en monitoring in de gezondheidszorg, onder andere persoonlijke toepassingen.

"Omdat de MXene-vlokken die we met het oplossingsproces hebben ontwikkeld, zeer geleidend en optisch transparant zijn, diverse toepassingen mogelijk, vooral, transparante elektroden nodig hebben, Park zei. "Voorbeelden zijn onder meer de ontwikkeling van mechanisch flexibele en dus draagbare organische lichtemitterende diodes, fotodetectoren, en transparante aanraak- en/of druksensoren."

© 2019 Wetenschap X Netwerk