Un film fatto di minuscoli nanotubi di carbonio (CNT) può essere un materiale chiave nello sviluppo di indumenti in grado di riscaldare o raffreddare chi lo indossa su richiesta. Un nuovo studio della North Carolina State University rileva che il film CNT ha una combinazione di calore, proprietà elettriche e fisiche che lo rendono un candidato interessante per i tessuti intelligenti di prossima generazione.

I ricercatori sono stati anche in grado di ottimizzare le proprietà termiche ed elettriche del materiale, consentendo al materiale di mantenere le sue proprietà desiderabili anche se esposto all'aria per molte settimane. Inoltre, queste proprietà sono state raggiunte mediante processi relativamente semplici e che non necessitavano di temperature eccessivamente elevate.

"Molti ricercatori stanno cercando di sviluppare un materiale non tossico e poco costoso, ma allo stesso tempo è efficiente in riscaldamento e raffrescamento, " disse Tushar Ghosh, autore corrispondente dello studio. "Nanotubi di carbonio, se usato in modo appropriato, sono al sicuro, e stiamo usando un modulo che sembra essere poco costoso, relativamente parlando. Quindi è potenzialmente un materiale termoelettrico più conveniente che potrebbe essere utilizzato vicino alla pelle." Ghosh è William A. Klopman Distinguished Professor of Textiles presso il Wilson College of Textiles dello stato NC.

"Vogliamo integrare questo materiale nel tessuto stesso, "ha detto Kony Chatterjee, primo autore dello studio e un dottorato di ricerca. studente presso NC State. "Proprio adesso, la ricerca sull'abbigliamento in grado di regolare la temperatura punta molto sull'integrazione di materiali rigidi nei tessuti, e nemmeno i dispositivi termoelettrici indossabili commerciali sul mercato sono flessibili."

Per raffreddare chi lo indossa, Chatterjee ha detto, I CNT hanno proprietà che consentirebbero di allontanare il calore dal corpo quando viene applicata una fonte di corrente esterna.

"Pensalo come un film, con proprietà di raffreddamento da un lato e riscaldamento dall'altro, " disse Gosh.

I ricercatori hanno misurato la capacità del materiale di condurre elettricità, così come la sua conducibilità termica, o quanto facilmente il calore passa attraverso il materiale.

Una delle scoperte più grandi è stata che il materiale ha una conduttività termica relativamente bassa, il che significa che il calore non tornerà facilmente a chi lo indossa dopo aver lasciato il corpo per raffreddarlo. Ciò significa anche che se il materiale fosse utilizzato per riscaldare chi lo indossa, il calore viaggerebbe con una corrente verso il corpo, e non svanire nell'atmosfera.

I ricercatori sono stati in grado di misurare con precisione la conduttività termica del materiale attraverso una collaborazione con il laboratorio di Jun Liu, un assistente professore di ingegneria meccanica e aerospaziale presso la NC State. I ricercatori hanno utilizzato uno speciale design sperimentale per misurare con maggiore precisione la conduttività termica del materiale nella direzione in cui la corrente elettrica si muove all'interno del materiale.

"Devi misurare ogni proprietà nella stessa direzione per darti una stima ragionevole delle capacità del materiale, " disse Liù, autore corrispondente dello studio. "Non è stato un compito facile; è stato molto impegnativo, ma abbiamo sviluppato un metodo per misurarlo, soprattutto per i film flessibili sottili."

Il team di ricerca ha anche misurato la capacità del materiale di generare elettricità utilizzando una differenza di temperatura, o gradiente termico, tra due ambienti. I ricercatori hanno detto che potrebbero approfittare di questo per il riscaldamento, raffreddamento, o per alimentare piccoli dispositivi elettronici.

Liu ha detto che mentre queste proprietà termoelettriche erano importanti, era anche fondamentale che trovassero un materiale che fosse anche flessibile, stabile in aria, e relativamente semplice da realizzare.

"Il punto di questo documento non è che abbiamo ottenuto le migliori prestazioni termoelettriche, " Liu ha detto. "Abbiamo realizzato qualcosa che può essere utilizzato come flessibile, elettronico, materiale morbido che è facile da fabbricare. È facile preparare questo materiale, e facile da raggiungere queste proprietà."

In definitiva, la loro visione per il progetto è quella di progettare un tessuto intelligente in grado di riscaldare e raffreddare chi lo indossa, insieme alla raccolta di energia. Credono che un indumento intelligente possa aiutare a ridurre il consumo di energia.

"Invece di riscaldare o raffreddare un'intera abitazione o spazio, riscalderesti o raffrescheresti lo spazio personale intorno al corpo, " disse Ghosh. "Se potessimo abbassare il termostato di un grado o due, che potrebbe risparmiare un'enorme quantità di energia."

La carta, "Proprietà termoelettriche nel piano dei film di nanotubi di carbonio drogati flessibili e lavorabili a temperatura ambiente, " è stato pubblicato sulla rivista Materiali energetici applicati ACS .