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视为重要。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。由日本奈良先端科学技术研究所 (NAIST) 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，通过将纳米材料碳纳米管 (CNT) 缝入织物中，利用体温发电。
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。它们的灵活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，将 CNT 分散在溶液中，以便将它们与其他材料结合。然后使用湿纺工艺将该分散体纺成 CNT 纱线。然而，传统的分散方法通常会缠结纳米厚的 CNT 细丝，从而降低其电导率和热电性能。
然而，现在，在发表于ACS Applied Nano Materials的一项研究中，Nakamura 与博士生 Anh N. Nguyen 以及来自 NAIST 的其他成员介绍了一种分散 CNT 的新方法。通过利用甘油作为分散剂，利用聚氧乙烯 (50) 硬脂醚作为表面活性剂(一种用于改善液体扩散和润湿性的物质)，研究人员制作出了一种具有对齐 CNT 束的 CNT 纱线。
中村说：“我们介绍了一种低成本、快速且环保的方法来开发柔性和织物型可穿戴热电设备。”
甘油具有高粘度，是均匀分散碳纳米管的极佳介质，而表面活性剂可防止碳纳米管在分散液中聚集。含有氧乙烯基团的表面活性剂还可以进入碳纳米管束之间，从而阻碍热传递。
表面活性剂的浓度至关重要，因为它会影响 CNT 分散体的导热性和导电性。在测试了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，当表面活性剂浓度为 3% 时，与含有甘油和 CNT 的溶液结合使用时，可获得最佳效果。该过程仅需三个小时即可完成，并使用环保化学品，生产出 CNT 纱线，其中 CNT 束具有高度对齐的 8 纳米直径，中间有表面活性剂。
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 −1 K −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。
“高性能的关键在于解开原始 CNT 材料的缠结，并增加分散体旋转时的 CNT 取向度，”Nakamura 解释道。
因此，提出的新方法有望提高 CNT 材料从纱线到薄膜和块体结构的热电性能。
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