编织的纳米管纤维将热量转化为能量

无形的小碳纳米管排列成纤维并缝入织物中，成为热电发电机，可以将来自太阳或其他来源的热量转化为能量。莱斯大学的物理学家 Junichiro Kono 实验室与东京都立大学和基于莱斯的碳中心的科学家一起努力制造定制的纳米管纤维并测试它们的大规模应用潜力。

他们的小规模实验产生了一种纤维增强的柔韧棉织物，可以将热量转化为足够的能量来为 LED 供电。他们说，随着进一步的发展，这种材料可能成为纤维和纺织电子产品以及能量收集的基石。

相同的纳米管纤维也可以用作散热器，以高效地主动冷却敏感电子设备。

一篇关于该项目的论文发表在Nature Communications 上。

效果似乎很简单：如果热电材料的一侧比另一侧更热，它就会产生能量。热量可以来自太阳或其他设备，如织物实验中使用的电炉。相反，增加能量可以促使材料冷却较热的一侧。

到现在为止，纳米材料没有宏观组件已显示必要的“巨人的功率因数，”大约每米开尔文14毫瓦的平方，即水稻研究人员在测量碳纳米纤维。

“功率因数告诉你在一定的温差和温度梯度下你可以从材料中获得多少功率密度，”该论文的第一作者莱斯大学研究生 Natsumi Komatsu 说。她指出，材料的功率因数是其导电性和所谓的塞贝克系数的综合效应，塞贝克系数是衡量其将热差异转化为电能的能力的指标。

“这种纤维的超高导电性是关键属性之一，”小松说。

这种超能力的来源还与调节纳米管固有的费米能量有关，这种能量决定了电化学势。研究人员能够通过化学掺杂由共同作者兼化学和生物分子工程师 Matteo Pasquali 的赖斯实验室制成纤维的纳米管来控制费米能量，从而使他们能够调整纤维的电子特性。

虽然他们测试的纤维被切成厘米长，但小松说，没有理由设备不能利用 Pasquali 实验室的优质纳米管纤维，这些纤维以连续长度缠绕。“无论你在哪里测量它们，它们都具有同样非常高的导电性，”她说。“我测量的部分很小，只是因为我的设置无法测量 50 米长的光纤。”

Pasquali 是碳中心的负责人，该中心以一种从根本上改变世界使用化石碳氢化合物的方式促进碳材料和氢的发展。

Rice 研究生 Natsumi Komatsu 展示了一种碳纳米管纤维增强的柔性棉织物，可将热量转化为足够的能量来为 LED 供电。这种热电发电机可以将来自太阳或其他来源的热量转化为能量。信用：杰夫菲特洛

“碳纳米管纤维一直在稳步增长，并且在越来越多的应用中证明是有利的，”他说。“与其通过将碳燃烧成二氧化碳来浪费碳，我们还可以将其修复为有用的材料，在发电和运输方面具有进一步的环境效益。”

这项新研究是否会产生可以扔进洗衣机的太阳能电池板还有待观察，但河野同意这项技术具有巨大而多样的潜力。

“纳米管已经存在 30 年了，在科学上，我们已经知道了很多，”他说。“但为了制造真实世界的设备，我们需要宏观有序或晶体组件。这些是 Matteo 的团队和我的团队可以制造的纳米管样品类型，并且有很多很多的应用可能性。”

该论文的合著者是莱斯大学的研究生奥利弗·杜威、劳伦·泰勒和米切尔·特拉福德以及机械工程助理教授杰夫·韦迈尔;以及东京都立大学的Yota Ichinose、Yohei Yomogida教授和Kazuhiro Yanagi教授。

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