柔性材料在织物中加热、冷却的潜力

由微碳纳米管(CNT)制成的薄膜已成为开发服装的关键材料，它可根据穿戴者需要加热或冷却设置材料性能。美国北卡州立大学的一项新研究发现，CNT薄膜具有热、电的综合物理特性，这使其成为下一代智能织物的有吸引力的候选材料。

优化材料的热性能和电学性能，使材料即使暴露在空气中数周也能保持其理想的性能，这已成为研究人员研发的重心。该研究报告的共同作者图沙尔·格斯（Tushar Ghosh）说，许多研究人员正在努力开发一种既无毒又价廉，在加热和冷却方面具有很高特性的纤维。他们发现，碳纳米管若使用得当，就可以在安全方面显示出独特的作用，相对而言，也价廉物美。

研究人员希望将这种材料融入织物，调节服装温度，主要表现在集成于织物中的硬性材料，事实上，市场上现有的商用可穿戴热电器件存在很多脆弱的环节，而CNT的特性即可解决过去无法解决的问题。

为了给穿戴者降温，可在碳纳米管外加入电流，这时，热量就从身体中排出，即可把它想象成一种薄膜，可一边冷却一边加热。研究人员测量了这种材料的导电性能，以及它的导热系数。最大的发现之一是，这种材料的导热系数相对较低，这意味着热量在离开身体后不会轻易返回，这样就可以维持凉爽了。这也意味着，如果材料被用来给穿戴者保暖，热量就会随着电流向身体扩散，而不会散失于空气中。

为此，研究人员通过与机械和航空航天工程专家合作准确测得材料的导热系数。研究人员采用了一种特殊的试验设计，以更准确地测量材料内电流在材料内移动方向上的热导率。他们认为：必须按相同的方向测量每一项性能，以便对材料的性能做出合理的评估。这不是一项容易的任务，非常具有挑战性，但他们开发了一种方法来测量这一点，特别适用于柔性薄膜。

研究小组还利用两种温度环境之差或热梯度材料的生电能力来进行测试。他们利用这一点来加热、冷却或为小型电子设备供电。是否具备热电性能，这是柔性材料既很重要也是关键的特性。但研究的重点不是要怎么获得最佳的热电性能，而是怎么作为一种灵活的电子柔性材料用于织物。研究人员对这个项目的期望是设计一款智能面料，可加热和冷却，并收集能量。与其加热或冷却整个住宅或空间，不如加热或冷却人体的微温环境。若能像恒温器一样给穿戴者降低1～2摄氏度，那作用就大了，为人体节省能量，也省事省力。

（据美国《科学日报》近期资料https://www.sciencedaily.com/releases/2020/07/200702115026.htm）