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仅需3h！新型碳纳米管纱线，提高3倍！石墨烯联盟 2024-05-27 16:30 河北

分类：新闻资讯
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发布时间：2024-06-14
访问量：

【概要描述】随着物联网的发展，为无线传感器和设备供电的可持续解决方案被认为很重要。例如，热电发电机能够将废热转化为电能，可以提供可持续的解决方案。世界各地的研究人员一直在研究此类解决方案。

仅需3h！新型碳纳米管纱线，提高3倍！石墨烯联盟 2024-05-27 16:30 河北

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发布时间：2024-06-14
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随着物联网的发展，为无线传感器和设备供电的可持续解决方案被认为很重要。例如，热电发电机能够将废热转化为电能，可以提供可持续的解决方案。世界各地的研究人员一直在研究此类解决方案。

日本奈良先进科学技术大学院大学的Masakazu Nakamura）领导的研究小组也一直在研究柔性可穿戴热电发电机，通过将碳纳米管（CNT）的纳米材料缝入织物中，利用体热产生电能。

有效的热电 (TE) 材料具有高电导率，可产生高电流，塞贝克系数大，可通过温差产生电压。CNT 满足大部分这些要求。它们的柔韧性和高机械强度也使它们有望用于各种 TE 应用。然而，CNT 的高热导率限制了它们的 TE 性能。

为了降低其热导率，碳纳米管被分散在溶液中，在溶液中它们可以与其他材料结合。然后使用湿纺工艺将这种分散体纺成碳纳米管纱线。然而，传统的分散方法常常使纳米厚的碳纳米管丝缠结在一起，从而降低了它们的导电性和热电性能。

然而现在， Nakamura 及其团队发现了一种分散碳纳米管的新方法。通过利用甘油作为分散剂和聚氧乙烯（50）硬脂醚作为表面活性剂（一种用于改善液体的铺展和润湿性能的物质），研究人员获得了具有对齐的碳纳米管束的碳纳米管纱线。“我们引入了一种低成本、快速且环保的方法来开发柔性和织物型可穿戴热电设备。”研究人员表示。

相关研究成果以“Carbon Nanotube Yarns Tailored Using Dispersants and Surfactants for Flexible and Wearable Thermoelectric Generators”为题发表于《ACS Applied Nano Materials》。

研究人员提出的分散碳纳米管（CNT）的新方法使用甘油作为分散剂和聚氧乙烯（50）硬脂醚作为表面活性剂。该方法将碳纳米管和嵌入碳纳米管束之间的表面活性剂对齐，增强导电性，同时抑制导热性，与传统方法相比，碳纳米管的热电性能显著提高。

通过调频原子力显微镜 (FM-AFM) 观察到的 CNT 束上表面活性剂分子（由红色矩形表示）的形貌图像。代替将分散体注入甲醇中的湿法纺丝，将CNT用稀释的分散体旋涂在亲水性SiO2/Si基底上并用甲醇冲洗。

甘油具有高粘度，使其成为均匀分散碳纳米管的优良介质，而表面活性剂可防止碳纳米管在分散体中团聚。带有氧乙烯基团的表面活性剂也会通过进入碳纳米管束之间来阻碍传热。

表面活性剂的浓度至关重要，因为它影响碳纳米管分散体的导热性和导电性。在测试不同表面活性剂浓度（3%、4% 和 5%）下的 CNT 特性后，研究人员发现，3% 的表面活性剂浓度与含有甘油和 CNT 的溶液结合时，效果最佳。该工艺仅需三个小时即可完成，并使用环保化学品，生产出具有高度排列的 8 纳米直径碳纳米管束的碳纳米管纱线，碳纳米管束之间具有表面活性剂。

对齐 CNT 通常会增加电导率和热导率。然而，通过在 CNT 束之间夹入表面活性剂分子，研究人员能够抑制热传输。CNT 纱线的功率因数为242 μW m−1K−2（反射性能），比之前使用离子液体作为分散剂的方法获得的 CNT 纱线高出三倍。

“高性能的关键是解开CNT原材料的纠缠，并提高从分散体纺丝时的 CNT 取向程度，”Nakamura解释道。因此，所提出的新方法有望增强从纱线到薄膜和块体结构的碳纳米管材料的热电性能。

原文：https://doi.org/10.1021/acsanm.4c00497

信息来源：Carbontech

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