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新型低成本纤维“电毡”可利用体热给iPod充电
发表时间:2012-04-05 00:00:00 作者: 来源:中国纺织报 浏览:次几十年前人们就已开始研究热电材料并已实现了商业化应用,生产热点材料的传统方法是用碲化铋等无机材料进行制造。一些新研究显示,有机材料或具备成本更低、制造容易、灵活柔韧等更多优点。
不过迄今为止,有机材料的性能仍不如无机材料,比如用无机材料——柔性热电材料做成的腕表,其可通过体温和外界环境温差来充电,但如果用现在的碳纳米管/聚合物复合材料制造的话,将需要500平方厘米的纤维,比普通的腕表要大50倍。
研究人员解释说,高性能热电纤维在应用过程中,其材料两面会产生很大的温差,由于碳纳米管/聚合物复合材料非常薄,其表面垂直温差就很有限;而被称为新材料的“电毡”是一种多层碳纳米管/聚合物复合材料,电输出功率比以前大大提高。
“电毡”由几百层导热和绝热薄膜交替构成,导热材料中含有碳纳米管,绝热材料由聚合物构成,每层的厚度仅为25~40微米,层与层之间平行排列,使温差呈梯度渐变。由于塞贝克效应,电子或空穴会从热的一边迁移到冷的一边,这可使温差转化为电压。由于总电压等于每层电压的和,所以增加层数就相当于串联电源增加电压,而层数只受到热源所能产生的总体温差的限制。在新研究中,热源的温度限制在117℃,达到或超过这一温度,聚合物就会变形。
研究人员演示了一块由72层纤维制作的“电毡”,当温差升至50℃时,能产生137纳瓦的最大功率。理论上功率还能再提高,如用300层纤维产生100℃温差,输出功率将达到50万纳瓦。
“目前,如果要是做腕表的话,用这种纤维只要10平方厘米就够了。而且薄膜层数越多,小面积内的功率就越高。我们现在的材料还没达到最优化,未来,还能造出功率更高的材料。”维克森林大学纳米技术中心大卫·卡洛说,如果大规模生产多层碳纳米管/聚合物复合材料,用它们发电的成本可以降到每瓦1美元,而且很容易生产。相比之下,碲化铋等热电材料的发电成本为每瓦7美元。“这种材料的用途很广,且电流输出功率很容易调节。如果需要更高功率,只需要换个更大面积的材料即可。”卡洛说。
研究人员预测,除了制作腕表,低成本有机热电纤维还可用于服装,比如做夹克的内衬,使用者利用体热和户外温差给iPod等电子产品充电等。
此外,这种“电毡”还能用于回收利用汽车废热、提高燃料燃烧里程、作为座椅内衬辅助给交通工具充电、安装在屋顶板下帮助减少房屋耗电量等。
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