Одежда заряжает смартфон: ученые разработали ткань, которая превращает тепло в электроэнергию

С развитием нательных устройств и интернета вещей важным становится устойчивое решение для питания беспроводных устройств и датчиков. Им могут стать термоэлектрические генераторы, превращающие наработанное тепло в электричество. Исследовательская группа под руководством Масакадзу Накамуры из Института науки и технологий Нары (NAIST), Япония, работает над гибкими термоэлектрическими генераторами, которые можно носить. Это происходит с помощью углеродных нанотрубок (УНТ), которые вшиты в ткань.

Эффективные термоэлектрические материалы создают напряжение из-за разности температур. Углеродные нанотрубки отвечают большинству необходимых требований. Их гибкость и высокая механическая прочность также делают перспективным их применение. Однако высокая теплопроводность УНТ ограничивает их термоэлектрическую производительность. Чтобы снизить теплопроводность, трубки диспергируют в растворе и комбинируют с другими материалами. Из полученного материала создают нити в процессе мокрого прядения. Однако обычные методы дисперсии часто запутывают нитки нанометровой толщины, что снижает их электропроводность и термоэлектрические характеристики.

В исследовании, опубликованном в ACS Applied Nano Materials, Накамура вместе с аспирантом Ань Н. Нгуеном и другими представителями NAIST разработали новый метод диспергирования УНТ. Используя глицерин в качестве диспергатора и полиоксиэтилена (50) стеариловый эфир как поверхностно-активное вещество (используемое для улучшения свойств растекания и смачивания жидкости), исследователи изобрели приемлемую для использования ткань.

«Мы внедряем недорогой, быстрый и экологически чистый метод разработки гибких термоэлектрических устройств тканевого типа, которые можно носить», — говорит Накамура.

Глицерин обладает высокой вязкостью, что делает его прекрасной средой для равномерного диспергирования, а поверхностно-активное вещество предотвращает скопление УНТ в дисперсии. Поверхностно-активные вещества с оксиэтиленовыми группами также препятствуют теплообмену.

Концентрация поверхностно-активного вещества имеет решающее значение, поскольку оно влияет как на тепло-, так и на электропроводность дисперсии. Процесс, который длился всего три часа и использовал экологически чистые химические вещества, производил пряжу из УНТ с четко выровненными пучками диаметром 8 нм с поверхностно-активным веществом между ними. Выравнивание УНТ обычно увеличивает как электрическую, так и теплопроводность. Однако, помещая молекулы поверхностно-активного вещества между пучками, исследователи смогли подавить перенос тепла. Таким образом, предложенный новый подход перспективен для улучшения термоэлектрических характеристик углеродных нанотрубок и материалов из них, от нитей до пленок и объемных структур.