Een film gemaakt van kleine koolstofnanobuisjes (CNT) kan een belangrijk materiaal zijn bij het ontwikkelen van kleding die de drager op verzoek kan verwarmen of koelen. Uit een nieuwe studie van de North Carolina State University blijkt dat de CNT-film een ​​combinatie heeft van thermische, elektrische en fysieke eigenschappen die het een aantrekkelijke kandidaat maken voor slimme stoffen van de volgende generatie.

De onderzoekers waren ook in staat om de thermische en elektrische eigenschappen van het materiaal te optimaliseren, waardoor het materiaal zijn gewenste eigenschappen behoudt, zelfs wanneer het gedurende vele weken aan lucht wordt blootgesteld. Bovendien, deze eigenschappen werden bereikt met behulp van processen die relatief eenvoudig waren en geen extreem hoge temperaturen nodig hadden.

"Veel onderzoekers proberen een materiaal te ontwikkelen dat niet-toxisch en goedkoop is, maar is tegelijkertijd efficiënt bij verwarming en koeling, " zei Tushar Ghosh, co-corresponderende auteur van de studie. "Koolstof nanobuisjes, indien correct gebruikt, zijn veilig, en we gebruiken een formulier dat niet duur is, relatief gezien. Het is dus mogelijk een betaalbaarder thermo-elektrisch materiaal dat naast de huid kan worden gebruikt." Ghosh is de William A. Klopman Distinguished Professor of Textiles aan het Wilson College of Textiles van NC State.

"We willen dit materiaal integreren in de stof zelf, " zei Kony Chatterjee, eerste auteur van de studie en een Ph.D. student aan NC State. "Direct, het onderzoek naar temperatuurregulerende kleding richt zich sterk op de integratie van harde materialen in stoffen, en commerciële draagbare thermo-elektrische apparaten op de markt zijn ook niet flexibel."

Om de drager af te koelen, Chatterjee zei, CNT's hebben eigenschappen waardoor warmte van het lichaam kan worden afgevoerd wanneer een externe stroombron wordt toegepast.

"Zie het als een film, met aan de ene kant verkoelende eigenschappen en aan de andere kant verwarming, ' zei Gosh.

De onderzoekers maten het vermogen van het materiaal om elektriciteit te geleiden, evenals zijn thermische geleidbaarheid, of hoe gemakkelijk warmte door het materiaal gaat.

Een van de grootste bevindingen was dat het materiaal een relatief lage thermische geleidbaarheid heeft - wat betekent dat warmte niet gemakkelijk terug naar de drager zou gaan nadat het het lichaam had verlaten om het af te koelen. Dat betekent ook dat als het materiaal werd gebruikt om de drager te verwarmen, de warmte zou met een stroom naar het lichaam gaan, en niet terug naar de atmosfeer.

De onderzoekers waren in staat om de thermische geleidbaarheid van het materiaal nauwkeurig te meten door een samenwerking met het laboratorium van Jun Liu, een assistent-professor mechanische en ruimtevaarttechniek bij NC State. De onderzoekers gebruikten een speciaal experimenteel ontwerp om de thermische geleidbaarheid van het materiaal nauwkeuriger te meten in de richting waarin de elektrische stroom in het materiaal beweegt.

"Je moet elke eigenschap in dezelfde richting meten om je een redelijke schatting te geven van de mogelijkheden van het materiaal, " zei Liu, co-corresponderende auteur van de studie. "Dit was geen gemakkelijke taak; het was een hele uitdaging, maar we hebben een methode ontwikkeld om dit te meten, speciaal voor dunne flexibele films."

Het onderzoeksteam heeft ook het vermogen van het materiaal gemeten om elektriciteit op te wekken met behulp van een temperatuurverschil, of thermische gradiënt, tussen twee omgevingen. Onderzoekers zeiden dat ze hiervan konden profiteren voor verwarming, koeling, of om kleine elektronica van stroom te voorzien.

Liu zei dat hoewel deze thermo-elektrische eigenschappen belangrijk waren, het was ook belangrijk dat ze een materiaal vonden dat ook flexibel was, stabiel in de lucht, en relatief eenvoudig te maken.

"Het punt van dit artikel is niet dat we de beste thermo-elektrische prestaties hebben bereikt, " zei Liu. "We hebben iets bereikt dat kan worden gebruikt als een flexibele, elektronisch, zacht materiaal dat gemakkelijk te vervaardigen is. Het is gemakkelijk om dit materiaal voor te bereiden, en gemakkelijk om deze eigenschappen te bereiken."

uiteindelijk, hun visie voor het project is om een ​​slimme stof te ontwerpen die de drager kan verwarmen en koelen, samen met het oogsten van energie. Ze geloven dat een slim kledingstuk kan helpen het energieverbruik te verminderen.

"In plaats van een hele woning of ruimte te verwarmen of te koelen, je zou de persoonlijke ruimte rond het lichaam verwarmen of koelen, "Zei Ghosh. "Als we de thermostaat een graad of twee lager zouden kunnen krijgen, dat kan enorm veel energie besparen."

De krant, "In-plane thermo-elektrische eigenschappen van flexibele en op kamertemperatuur verwerkbare gedoteerde koolstof nanobuisfilms, " werd gepubliceerd in het tijdschrift ACS toegepaste energiematerialen .