Одяг заряджає смартфон: вчені розробили тканину, яка перетворює тепло на електроенергію

З розвитком пристроїв, що носяться, та інтернету речей важливим стає стійке рішення для живлення бездротових пристроїв і датчиків. Ним можуть стати термоелектричні генератори, які перетворюють напрацьоване тепло в електрику. Дослідницька група під керівництвом Масакадзу Накамури з Інституту науки та технологій Нари (NAIST), Японія, працює над гнучкими термоелектричними генераторами, які можна носити. Це відбувається за допомогою вуглецевих нанотрубок (ВНТ), які вшиті у тканину.

Ефективні термоелектричні матеріали створюють напругу через різницю температур. Вуглецеві нанотрубки відповідають більшості необхідних вимог. Їхня гнучкість та висока механічна міцність також роблять їх перспективними застосування. Втім висока теплопровідність ВНТ обмежує їхню термоелектричну продуктивність. Щоб знизити теплопровідність, трубки диспергуютьТонке подрібнення та розподіл в якомусь об’ємі твердого матеріалу, рідини або газу, у розчині та комбінують з іншими матеріалами. З отриманого матеріалу створюють нитки у процесі мокрого прядіння. Однак звичайні методи дисперсії часто заплутують нитки нанометрової товщини, що знижує їхню електропровідність та термоелектричні характеристики.

У дослідженні, опублікованому в ACS Applied Nano Materials, Накамура разом з аспірантом Ань Н. Нгуєном та іншими представниками NAIST розробили новий метод диспергування ВНТ. Використовуючи гліцерин як диспергатор і поліоксіетилен(50) стеариловий ефір як поверхнево-активну речовину (яка використовується для покращення властивостей розтікання та змочування рідини), дослідники прийнятну для використання тканину.

«Ми запроваджуємо недорогий, швидкий та екологічно чистий метод розробки гнучких термоелектричних пристроїв тканинного типу, які можна носити», — каже Накамура.

Гліцерин має високу в’язкість, що робить його чудовим середовищем для рівномірного диспергування, а поверхнево-активна речовина запобігає скупчуванню ВНТ у дисперсії. Поверхнево-активні речовини з оксиетиленовими групами також перешкоджають теплообміну.

Концентрація поверхнево-активної речовини має вирішальне значення, оскільки вона впливає як на тепло-, так і на електропровідність дисперсії. Процес, який тривав лише три години та використовував екологічно чисті хімічні речовини, виробляв пряжу з ВНТ з чітко вирівняними пучками діаметром 8 нм із поверхнево-активною речовиною між ними. Вирівнювання ВНТ зазвичай збільшує як електричну, так і теплопровідність. Однак, поміщаючи молекули поверхнево-активної речовини між пучками, дослідники змогли придушити перенесення тепла. Таким чином, запропонований новий підхід є перспективним для покращення термоелектричних характеристик вуглецевих нанотрубок та матеріалів з них, від ниток до плівок та об’ємних структур.

Джерело: NAIST