無形的小碳納米管排列成纖維并縫入織物中，成為熱電發(fā)電機(jī)，可以將來自太陽或其他來源的熱量轉(zhuǎn)化為能量。萊斯大學(xué)的物理學(xué)家 Junichiro Kono 實(shí)驗(yàn)室與東京都立大學(xué)和基于萊斯的碳中心的科學(xué)家一起努力制造定制的納米管纖維并測試它們的大規(guī)模應(yīng)用潛力。

他們的小規(guī)模實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生了一種纖維增強(qiáng)的柔韌棉織物，可以將熱量轉(zhuǎn)化為足夠的能量來為 LED 供電。他們說，隨著進(jìn)一步的發(fā)展，這種材料可能成為纖維和紡織電子產(chǎn)品以及能量收集的基石。

相同的納米管纖維也可以用作散熱器，以高效地主動冷卻敏感電子設(shè)備。

一篇關(guān)于該項(xiàng)目的論文發(fā)表在Nature Communications 上。

效果似乎很簡單：如果熱電材料的一側(cè)比另一側(cè)更熱，它就會產(chǎn)生能量。熱量可以來自太陽或其他設(shè)備，如織物實(shí)驗(yàn)中使用的電爐。相反，增加能量可以促使材料冷卻較熱的一側(cè)。

到現(xiàn)在為止，納米材料沒有宏觀組件已顯示必要的“巨人的功率因數(shù)，”大約每米開爾文14毫瓦的平方，即水稻研究人員在測量碳納米纖維。

“功率因數(shù)告訴你在一定的溫差和溫度梯度下你可以從材料中獲得多少功率密度，”該論文的第一作者萊斯大學(xué)研究生 Natsumi Komatsu 說。她指出，材料的功率因數(shù)是其導(dǎo)電性和所謂的塞貝克系數(shù)的綜合效應(yīng)，塞貝克系數(shù)是衡量其將熱差異轉(zhuǎn)化為電能的能力的指標(biāo)。

“這種纖維的超高導(dǎo)電性是關(guān)鍵屬性之一，”小松說。

這種超能力的來源還與調(diào)節(jié)納米管固有的費(fèi)米能量有關(guān)，這種能量決定了電化學(xué)勢。研究人員能夠通過化學(xué)摻雜由共同作者兼化學(xué)和生物分子工程師 Matteo Pasquali 的賴斯實(shí)驗(yàn)室制成纖維的納米管來控制費(fèi)米能量，從而使他們能夠調(diào)整纖維的電子特性。

雖然他們測試的纖維被切成厘米長，但小松說，沒有理由設(shè)備不能利用 Pasquali 實(shí)驗(yàn)室的優(yōu)質(zhì)納米管纖維，這些纖維以連續(xù)長度纏繞。“無論你在哪里測量它們，它們都具有同樣非常高的導(dǎo)電性，”她說。“我測量的部分很小，只是因?yàn)槲业脑O(shè)置無法測量 50 米長的光纖。”

Pasquali 是碳中心的負(fù)責(zé)人，該中心以一種從根本上改變世界使用化石碳?xì)浠衔锏姆绞酱龠M(jìn)碳材料和氫的發(fā)展。

Rice 研究生 Natsumi Komatsu 展示了一種碳納米管纖維增強(qiáng)的柔性棉織物，可將熱量轉(zhuǎn)化為足夠的能量來為 LED 供電。這種熱電發(fā)電機(jī)可以將來自太陽或其他來源的熱量轉(zhuǎn)化為能量。信用：杰夫菲特洛

“碳納米管纖維一直在穩(wěn)步增長，并且在越來越多的應(yīng)用中證明是有利的，”他說。“與其通過將碳燃燒成二氧化碳來浪費(fèi)碳，我們還可以將其修復(fù)為有用的材料，在發(fā)電和運(yùn)輸方面具有進(jìn)一步的環(huán)境效益。”

這項(xiàng)新研究是否會產(chǎn)生可以扔進(jìn)洗衣機(jī)的太陽能電池板還有待觀察，但河野同意這項(xiàng)技術(shù)具有巨大而多樣的潛力。

“納米管已經(jīng)存在 30 年了，在科學(xué)上，我們已經(jīng)知道了很多，”他說。“但為了制造真實(shí)世界的設(shè)備，我們需要宏觀有序或晶體組件。這些是 Matteo 的團(tuán)隊(duì)和我的團(tuán)隊(duì)可以制造的納米管樣品類型，并且有很多很多的應(yīng)用可能性。”

該論文的合著者是萊斯大學(xué)的研究生奧利弗·杜威、勞倫·泰勒和米切爾·特拉福德以及機(jī)械工程助理教授杰夫·韋邁爾;以及東京都立大學(xué)的Yota Ichinose、Yohei Yomogida教授和Kazuhiro Yanagi教授。

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