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具有高效冷卻功能的編織碳納米管纖維
發布時間: 2021-08-26 09:21 | 【 【打印】【關閉】

  將碳納米管編織成線狀纖維,再縫制成織物,就成了熱電發電機,可以將太陽或其他來源的熱量轉化為能源。

 

圖片來源  Jeff Fitlow

  低維材料由于其電荷載流子的限制導致熱電性能增強,近年來引起了人們的廣泛關注。碳納米管除了具有柔韌性和重量輕等獨特優勢外,還具有一維特性,因此是很有前途的候選材料。然而,在宏觀組裝中保持單個碳納米管的大功率因數一直是具有挑戰性的,主要是由于樣品形態差和缺乏適當的費米能級調整。 近日,萊斯大學的物理學家 Junichiro Kono 實驗室與東京都立大學和基于萊斯的碳中心研究人員共同報告了一種超高功率因數(14±5 mW m-1K-2)的宏觀可編織碳納米管纖維具有超高的電導率和導熱性,并測試了其大規模應用的潛力。他們的小規模實驗制備了一種纖維增強、柔韌的棉織物,這種織物能將熱量轉化為足夠的能量來為LED供電。他們說,隨著進一步的發展,這些材料可能成為纖維和紡織電子產品以及能源收集的基石。相同的納米管纖維也可以用作散熱器,以高效冷卻敏感電子設備。該研究成果發表在 Nature Communications 上。

 

 

基于縫入織物的碳納米管 (CNT) 線的紡織熱電 (TE) 發生器。

  原理似乎很簡單:如果熱電材料的一邊比另一邊熱,它就會產生能量。熱量可以來自太陽或其他設備,比如在織物實驗中使用的電爐。相反,增加能量可以促使材料冷卻較熱的一側。到目前為止,還沒有納米材料的宏觀組合顯示出必要的“巨大功率因數,”即萊斯研究人員在碳納米管纖維中測量到的大約14 mW m-1K-2。

  “功率因數告訴你,在特定的溫差和溫度梯度下,你能從一種材料中獲得多少功率密度,”該論文的第一作者、萊斯大學研究生 Natsumi Komatsu 說。她指出,一種材料的功率因數是其導電性和塞貝克系數的綜合效應。塞貝克系數是一種衡量材料將熱差轉化為電能的能力的指標?!胺N纖維的超高導電性是其關鍵特性之一,” Komatsu說。

  這種超能力的來源還與調整納米管固有的費米能級有關,這種能量決定了電化學勢。研究人員能夠通過化學摻雜由共同作者兼化學和生物分子工程師 Matteo Pasquali 的賴斯實驗室制成纖維的納米管來控制費米能級,從而使他們能夠調整纖維的電子特性。 雖然他們測試的纖維被切割成厘米長度,但 Komatsu 說,設備沒有理由不能利用 Pasquali 實驗室生產的連續長度的優秀納米管纖維?!盁o論你在哪里測量它們,它們都具有同樣高的導電性,”她說?!拔覝y量的部分很小,只是因為我的設備無法測量50米長的光纖?!?/p> Pasquali 是碳中心(Carbon Hub)的負責人,該中心以一種從根本上改變世界使用化石碳氫化合物的方式促進碳材料和氫的發展。

  萊斯大學的研究生 Natsumi Komatsu 展示了一種碳納米管纖維增強的柔韌棉織物,它能將熱量轉化為足夠的能量來為LED供電。這種熱電發電機可以將來自太陽或其他來源的熱量轉化為能源。碳納米管纖維一直在穩步增長,并在越來越多的應用中證明了其優勢,”他說?!芭c其通過將碳燃燒成二氧化碳來浪費碳,我們還可以將其修復為有用的材料,從而在發電和運輸方面具有進一步的環境效益?!边@項新研究是否會產生一種可以扔進洗衣機的太陽能電池板還有待觀察,但 Kono 同意這項技術具有巨大而多樣的潛力。

  萊斯大學研究生 Natsumi Komatsu 拿著一卷線狀碳納米管纖維,這是使用納米材料制造柔性熱電發電機的項目的基礎。他說:“碳納米管已經存在了30年左右,在科學上,我們已經知道了很多?!薄暗珵榱酥圃飕F實世界的設備,我們需要宏觀有序或晶體組件。這就是 Matteo 的團隊和我的團隊可以制作的碳納米管樣品類型,應用前景非常廣闊?!?/p>

  文章來源:石墨烯聯盟、Carbontech、新材料網

  文章鏈接:http://www.xincailiao.com/news/news_detail.aspx?id=601778

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