Gants chauffants, bracelets, et même les anneaux sont quelques-unes des applications potentielles du MXene hautement conducteur, un matériau 2-D fait de couches atomiques alternées de titane et de carbone. Dans une nouvelle étude, les chercheurs ont fabriqué des flocons de MXene, puis adhèrent électrostatiquement les flocons aux fils, et enfin cousu les fils dans des tissus ordinaires qui peuvent être chauffés en toute sécurité sous une basse tension.

Les chercheurs, dirigé par Chong Min Koo, à l'Institut coréen des sciences et technologies et à l'Université de Corée, et le parc Cheolmin, à l'université Yonsei, ont publié un article sur le réchauffeur MXene adaptable à la forme dans un récent numéro de ACS Nano .

Dans les années récentes, les chercheurs ont étudié différents matériaux à utiliser comme flexibles, appareils de chauffage portables. Bien que des matériaux tels que les nanotubes de carbone et le graphène aient d'excellentes propriétés électriques et optiques, il a été difficile de les traiter pour une utilisation dans des applications.

Un matériau plus récent, MXene a été introduit pour la première fois en 2011 par des chercheurs de l'Université Drexel. Le MXene est un matériau cristallin 2D qui présente une conductivité semblable à celle d'un métal et un fort comportement de conversion électrique-chaleur. Il peut également être facilement transformé en films minces et en tissus.

"Nous avons pu développer de nouveaux poids légers, des radiateurs électriques économiques mais performants basés sur les matériaux 2D émergents de MXene, qui conviennent aux applications portables et sur le corps, " Park a dit Phys.org . "Plusieurs candidats à cet effet ont été proposés, à base de nanomatériaux de carbone, mais ils sont limités soit par leur faible aptitude au traitement, soit par leur faible conductivité électrique impliquant des produits chimiques nocifs et toxiques. Nous avons résolu ces problèmes avec des flocons MXene traités en solution."

Dans la nouvelle étude, les chercheurs ont d'abord utilisé des flocons de MXene pour fabriquer un élément chauffant transparent à couche mince. Sous un 15 V appliqué, la température du réchauffeur a augmenté à une vitesse de 8°C/seconde pour atteindre un maximum de 120°C (248°F). En immergeant le réchauffeur dans de l'azote liquide pendant 5 minutes, les chercheurs ont démontré que le radiateur pouvait fonctionner comme un dégivreur, dégelant rapidement sa surface sous 12 V. Démonstration de sa grande souplesse, l'appareil de chauffage pourrait être plié à un angle de 90° sans aucune augmentation de la résistance, et a continué à fonctionner même lorsqu'il est plié en deux, bien qu'avec une plus grande résistance.

Les chercheurs ont également démontré que les flocons de MXene peuvent être utilisés pour fabriquer des tissus chauffants. Faire cela, les chercheurs ont traité des fils polymères commerciaux avec un revêtement pour améliorer leur interaction électrostatique avec les flocons de MXene. Ensuite, ils ont plongé les fils dans une solution aqueuse contenant des flocons de MXene. L'interaction électrostatique entre les fils chargés positivement et les flocons chargés négativement a provoqué l'auto-assemblage des flocons sur les fibres individuelles, rendant les fils blancs noirs dans le processus.

Les fils enduits de MXene ont ensuite été cousus avec du coton pour fabriquer des vêtements chauffants. Sous une petite tension, chaque flocon de MXene agissait comme un minuscule élément chauffant. En contrôlant la tension, les chercheurs ont pu augmenter progressivement la température de la peau froide jusqu'à la température corporelle normale sans endommager la peau. Dans les applications futures, les vêtements chauffants pourraient être alimentés par des piles conventionnelles ou des sources d'alimentation alternatives.

"Potentiellement, notre chauffage peut être alimenté par l'énergie stockée dans des batteries et/ou des supercondensateurs à partir d'une variété de sources d'énergie renouvelables émergentes, comme les cellules solaires portables, générateurs d'énergie triboélectrique, etc, " dit Park.

Les chercheurs s'attendent à ce que le robuste, des vêtements chauffants flexibles pourraient être utiles pour la thermothérapie et la surveillance des soins de santé, entre autres applications personnelles.

« Étant donné que les flocons MXene que nous avons développés avec le processus de solution sont hautement conducteurs et optiquement transparents, une variété d'applications sont possibles, en particulier, nécessitant des électrodes transparentes, " Park a déclaré. " Les exemples incluent le développement d'écrans à diodes électroluminescentes organiques mécaniquement flexibles et donc portables, photodétecteurs, et des capteurs tactiles et/ou de pression transparents."

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