柔性材料在織物中加熱、冷卻的潛力

由微碳納米管(CNT)制成的薄膜已成為開發服裝的關鍵材料，它可根據穿戴者需要加熱或冷卻設置材料性能。美國北卡州立大學的一項新研究發現，CNT薄膜具有熱、電的綜合物理特性，這使其成為下一代智能織物的有吸引力的候選材料。

優化材料的熱性能和電學性能，使材料即使暴露在空氣中數周也能保持其理想的性能，這已成為研究人員研發的重心。該研究報告的共同作者圖沙爾·格斯（Tushar Ghosh）說，許多研究人員正在努力開發一種既無毒又價廉，在加熱和冷卻方面具有很高特性的纖維。他們發現，碳納米管若使用得當，就可以在安全方面顯示出獨特的作用，相對而言，也價廉物美。

研究人員希望將這種材料融入織物，調節服裝溫度，主要表現在集成于織物中的硬性材料，事實上，市場上現有的商用可穿戴熱電器件存在很多脆弱的環節，而CNT的特性即可解決過去無法解決的問題。

為了給穿戴者降溫，可在碳納米管外加入電流，這時，熱量就從身體中排出，即可把它想象成一種薄膜，可一邊冷卻一邊加熱。研究人員測量了這種材料的導電性能，以及它的導熱系數。最大的發現之一是，這種材料的導熱系數相對較低，這意味著熱量在離開身體后不會輕易返回，這樣就可以維持涼爽了。這也意味著，如果材料被用來給穿戴者保暖，熱量就會隨著電流向身體擴散，而不會散失于空氣中。

為此，研究人員通過與機械和航空航天工程專家合作準確測得材料的導熱系數。研究人員采用了一種特殊的試驗設計，以更準確地測量材料內電流在材料內移動方向上的熱導率。他們認為：必須按相同的方向測量每一項性能，以便對材料的性能做出合理的評估。這不是一項容易的任務，非常具有挑戰性，但他們開發了一種方法來測量這一點，特別適用于柔性薄膜。

研究小組還利用兩種溫度環境之差或熱梯度材料的生電能力來進行測試。他們利用這一點來加熱、冷卻或為小型電子設備供電。是否具備熱電性能，這是柔性材料既很重要也是關鍵的特性。但研究的重點不是要怎么獲得最佳的熱電性能，而是怎么作為一種靈活的電子柔性材料用于織物。研究人員對這個項目的期望是設計一款智能面料，可加熱和冷卻，并收集能量。與其加熱或冷卻整個住宅或空間，不如加熱或冷卻人體的微溫環境。若能像恒溫器一樣給穿戴者降低1～2攝氏度，那作用就大了，為人體節省能量，也省事省力。

（據美國《科學日報》近期資料https://www.sciencedaily.com/releases/2020/07/200702115026.htm）