日本開發用於穿戴式裝置的奈米碳管紗線

日本奈良先端科學技術大學（NAIST）的研究團隊開發了一種可用於在織物中分散奈米碳管（CNTs），提高可穿戴熱電發電器的效率的新方法，並發表於《ACS應用奈米材料》，研究團隊也一直致力於開發柔軟可穿戴的熱電發電器，該發電器將奈米碳管（CNTs）縫入織物中，從人體熱中產生電力。

NAIST研究團隊使用甘油作為分散劑，以及硬脂醇聚氧乙烯醚作為表面活性劑（一種用於改善液體的擴散和濕潤性質的物質）來排列CNT束，提高電導率同時抑制熱傳遞，這種方法的功率比以前的技術高出三倍。甘油具有極高的黏度，使其成為均勻分散CNTs的優秀介質，而表面活性劑則防止CNTs在分散中聚集，含有氧乙烯基的表面活性劑也可介入CNT束之間阻礙熱傳遞。

表面活性劑的濃度至關重要，因為它影響了CNT分散液的熱和電導率。在測試不同表面活性劑濃度（3％、4％和5％）下的CNT性能後，研究人員發現，當3％的表面活性劑濃度與含有甘油和CNT的溶液結合時，效果最佳。這個過程僅需三小時即可完成，並使用了環保化學品，產生了具有高度排列的八奈米直徑CNT束，並在其中加入了表面活性劑。

有效的熱電（TE）材料具有高電導率，可以產生高電流，並且具有大的席貝克系數，可以藉由溫差產生電壓。奈米碳管（CNTs）滿足了大部分這些要求，奈米碳管的柔韌性和高機械強度也使它們在各種TE應用中具有潛力。然而，CNTs的高熱導率限制了它們的TE性能。為了降低它們的熱導率，CNTs被分散在一個溶液中，可以與其他材料結合，然後使用濕紡技術做成CNT紗。然而，傳統的分散方法通常會纏結奈米級厚度的CNT纖維，降低它們的電導率和熱電性能。

然而，透過將表面活性劑分子夾在CNT束之間，研究人員能夠抑制熱傳遞。CNT紗的功率因數為242 μW m−1 K−2（反映性能），比以前使用離子液體作為分散劑的方法獲得的CNT紗的功率因數高出三倍。

高性能的關鍵在於解開原始CNT材料的纏結，並增加從分散液中旋轉時的CNT定向程度。因此，所提出的新方法有望提高從紗線到薄膜和布料結構的CNT材料的熱電性能。