加热的水晶片可以缝在衣服上进行热疗

时间:2019-06-17 09:30:13|来源:

加热手套,手镯,甚至环都是高导电性MXene的一些潜在应用,这是一种由交替的钛和碳原子层制成的二维材料。在一项新的研究中,研究人员制造了MXene薄片,然后将薄片静电粘附到线上,最后将线缝成普通的织物,可以在低电压下安全加热。

加热的水晶片可以缝在衣服上进行热疗

韩国科学技术大学和韩国大学的Chong Min Koo以及延世大学的Cheolmin Park领导的研究人员在最近一期ACS Nano上发表了一篇关于形状适应性MXene加热器的论文。

近年来,研究人员一直在研究用作柔性可穿戴加热器的不同材料。尽管诸如碳纳米管和石墨烯的材料具有优异的电学和光学性质,但是将它们加工用于应用中具有挑战性。

MXene是一种较新的材料,于2011年由德雷塞尔大学的研究人员首次推出。MXene是一种二维结晶材料,具有类似金属的导电性和强烈的电 - 热转换行为。它也可以很容易地加工成薄膜和织物。

“我们能够开发出新型轻质,高性价比但高性能的电加热器,这种电加热器基于新兴的MXene二维材料,适用于可穿戴和身体应用,”Park告诉Phys.org。“基于碳纳米材料,已提出了几个用于此目的的候选物,但它们受到可加工性差或涉及有害和有毒化学品的低导电性的限制。我们用溶液处理的MXene薄片解决了这些问题。”

在这项新研究中,研究人员首先使用MXene薄片制造透明薄膜加热器。在施加的15 V下,加热器的温度以8°C /秒的速率增加,最高温度达到120°C(248°F)。通过将加热器浸没在液氮中5分钟,研究人员证明加热器可以起到除霜器的作用,迅速去除12 V下表面的霜冻。为了证明其高度的灵活性,加热器可以折叠成90°角度没有任何增加的阻力,即使折叠成两半也能继续发挥作用,但阻力更大。

研究人员还证明,MXene薄片可用于制造加热织物。为此,研究人员使用涂层处理商业聚合物线,以增强其与MXene薄片的静电相互作用。然后他们将线浸入含有MXene薄片的水溶液中。带正电的线和带负电的薄片之间的静电相互作用导致薄片自组装到单根纤维上,在此过程中使白线变黑。

然后将涂有MXene的线与棉花缝合在一起,制成加热的衣服。在很小的电压下,每个MXene片都起到微型加热器的作用。通过控制电压,研究人员可以逐渐将冷皮的温度恢复到正常体温,而不会对皮肤造成伤害。在未来的应用中,加热的衣服可以由传统电池或替代电源供电。

“潜在地,我们的加热器可以通过存储在电池和/或来自各种新兴可再生能源的超级电容器中的能量来供电,例如可穿戴太阳能电池,摩擦电能发电机等,”Park说。

研究人员预计,坚固,柔韧的加热服装可用于医疗热疗和监测,以及其他个人应用。

“由于我们使用溶液工艺开发的MXene薄片具有高导电性和光学透明性,因此可以进行各种应用,特别是需要透明电极,”Park说。“例子包括开发机械柔性且因此可穿戴的有机发光二极管显示器,光电探测器和透明触摸和/或压力传感器。”

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