Un film composé de minuscules nanotubes de carbone (CNT) peut être un matériau clé dans le développement de vêtements pouvant chauffer ou refroidir le porteur à la demande. Une nouvelle étude de la North Carolina State University révèle que le film CNT a une combinaison de thermique, propriétés électriques et physiques qui en font un candidat attrayant pour les tissus intelligents de nouvelle génération.

Les chercheurs ont également pu optimiser les propriétés thermiques et électriques du matériau, permettant au matériau de conserver ses propriétés souhaitables même lorsqu'il est exposé à l'air pendant plusieurs semaines. De plus, ces propriétés ont été obtenues à l'aide de procédés relativement simples et ne nécessitant pas de températures excessivement élevées.

"De nombreux chercheurs essaient de développer un matériau non toxique et peu coûteux, mais en même temps est efficace pour chauffer et refroidir, " a déclaré Tushar Ghosh, co-auteur de l'étude. "Nanotubes de carbone, s'il est utilisé à bon escient, sont sûrs, et nous utilisons un formulaire qui se trouve être peu coûteux, relativement parlant. C'est donc potentiellement un matériau thermoélectrique plus abordable qui pourrait être utilisé à même la peau. » Ghosh est le professeur distingué William A. Klopman de textiles au Wilson College of Textiles de l'État de Caroline du Nord.

"Nous voulons intégrer cette matière dans le tissu lui-même, " a déclaré Kony Chatterjee, premier auteur de l'étude et titulaire d'un doctorat. étudiant à NC State. "À l'heure actuelle, la recherche sur les vêtements qui peuvent réguler la température se concentre fortement sur l'intégration de matériaux rigides dans les tissus, et les appareils thermoélectriques portables commerciaux sur le marché ne sont pas flexibles non plus. »

Pour refroidir le porteur, Chatterjee a dit, Les NTC ont des propriétés qui permettraient à la chaleur d'être évacuée du corps lorsqu'une source de courant externe est appliquée.

"Pensez-y comme un film, avec des propriétés de refroidissement d'un côté et de chauffage de l'autre, " dit Gosh.

Les chercheurs ont mesuré la capacité du matériau à conduire l'électricité, ainsi que sa conductivité thermique, ou la facilité avec laquelle la chaleur traverse le matériau.

L'une des plus grandes découvertes a été que le matériau a une conductivité thermique relativement faible, ce qui signifie que la chaleur ne retournerait pas facilement au porteur après avoir quitté le corps afin de le refroidir. Cela signifie également que si le matériau a été utilisé pour réchauffer le porteur, la chaleur voyagerait avec un courant vers le corps, et ne pas retourner dans l'atmosphère.

Les chercheurs ont pu mesurer avec précision la conductivité thermique du matériau grâce à une collaboration avec le laboratoire de Jun Liu, professeur adjoint de génie mécanique et aérospatial à NC State. Les chercheurs ont utilisé une conception expérimentale spéciale pour mesurer plus précisément la conductivité thermique du matériau dans la direction dans laquelle le courant électrique se déplace dans le matériau.

"Vous devez mesurer chaque propriété dans le même sens pour vous donner une estimation raisonnable des capacités du matériau, " dit Liu, co-auteur de l'étude. "Ce n'était pas une tâche facile; c'était très difficile, mais nous avons développé une méthode pour mesurer cela, en particulier pour les films souples minces."

L'équipe de recherche a également mesuré la capacité du matériau à générer de l'électricité en utilisant une différence de température, ou gradient thermique, entre deux environnements. Les chercheurs ont dit qu'ils pourraient en profiter pour se chauffer, refroidissement, ou pour alimenter de petits appareils électroniques.

Liu a déclaré que bien que ces propriétés thermoélectriques soient importantes, il était également essentiel qu'ils trouvent un matériau qui soit également flexible, stable à l'air, et relativement simple à réaliser.

"Le point de cet article n'est pas que nous ayons atteint les meilleures performances thermoélectriques, " Liu a dit. " Nous avons réalisé quelque chose qui peut être utilisé comme un flexible, électronique, matériau souple et facile à fabriquer. Il est facile de préparer ce matériel, et facile d'obtenir ces propriétés."

Finalement, leur vision pour le projet est de concevoir un tissu intelligent qui peut chauffer et refroidir le porteur, avec la récupération d'énergie. Ils pensent qu'un vêtement intelligent pourrait aider à réduire la consommation d'énergie.

"Au lieu de chauffer ou de refroidir un logement ou un espace entier, vous chaufferiez ou refroidiriez l'espace personnel autour du corps, " dit Ghosh. " Si nous pouvions baisser le thermostat d'un degré ou deux, cela pourrait économiser une énorme quantité d'énergie.

Le papier, "Propriétés thermoélectriques dans le plan des films de nanotubes de carbone dopés flexibles et traitables à température ambiante, " a été publié dans la revue ACS Matériaux énergétiques appliqués .