东华大学团队开发新型湿法纺丝工艺，有望应用物联网传感器等领域

空调是增加电力消耗的重要设备。据国际能源署发布的一份报告显示， “空调设备每年在全球能源消耗量约占每年全球总耗电量的10%[1]” 。
试想一下，在炎热的午后，当你独自居于屋内，不使用空调就能感受到凉爽和惬意是一种怎样的体验？而这种体验正是来源于新技术——穿上一件可以降低人体皮肤温度的衣服。
这或许令人觉得有点不可思议，但它的确在逐渐变成现实，并将有利于大幅降低能源消耗。
目前，要研发这类“神奇”的衣服，必须用到柔性热电器件，而它正是东华大学张坤教授所专注的研究领域。研究团队近年来专注于热电纤维及织物的结构设计、优化与制造。

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图丨团队合照（来源：张坤）
近日，他带领团队开发了一种新型湿法纺丝工艺，可以连续规模化制造基于单壁碳纳米管的p-n分段式热电纱线。将该纱线绣在衬布上，能制作出可穿戴的三维热电织物。在ΔT=27.7K处，该织物的输出功率密度为501nWm2 。
2022年10月5日，相关论文以《直接湿纺单壁碳纳米管基p-n分段式纱线可用于可穿戴热电织物》（DirectWet-SpunSingle-WalledCarbonNanotubes-Basedp-nSegmentedFilamentstowardWearableThermoelectricTextiles）为题在ACSAppliedMaterials&Interfaces上发表[2] 。

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图丨相关论文（来源：ACSAppliedMaterials&Interfaces）
该论文的第一作者为东华大学纺织学院博士生杨晓娜，论文通讯作者为东华大学纺织学院张坤教授。
【东华大学团队开发新型湿法纺丝工艺，有望应用物联网传感器等领域】据张坤介绍，要想制备可穿戴热电器件，就必须用到热电技术。该技术本身有两个功能，一个是温差发电，另一个是制冷。
前者主要通过皮肤和环境的温差进行发电，后者利用帕尔贴效应，能把人体表面多余的热量转移并释放到外界。
目前，用柔性材料组装成热电器件，再把它应用于人体，是热电材料领域最为热门的研究方向之一。
在以往研究与应用中，柔性器件只能弯曲、不具有舒适性和透气性等性能的缺点制约着其应用。为了克服该难题，张坤及团队选用织物作为制备可穿戴热电器件的材料。
那么，选用织物究竟有哪些好处呢？
首先，人体不同部位的曲面不同，在运动过程中，其每个部位的曲率都在发生变化。而织物这种材料，可以通过纱线和纱线的相互位移，来很好地适应人体曲率的变化，进一步增强穿着的舒适性。
其次，与塑料、薄膜等材料相比，织物拥有良好的透气性。张坤表示：“我们想把柔性热电技术与织物结合到一起，这也是我们做热电织物方向的初衷。 ”
热电器件由p型和n型两种半导体材料组成，要想将其做成纱线，必须让p型和n型同时在一根纤维上实现交替的周期性电串联，但这并不容易。

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图丨交替湿法纺丝过程示意图（来源：ACSAppliedMaterials&Interfaces）
为了实现这项技术，早在2019年，张坤及团队就开始了相关研究，并尝试了许多方法，最终决定通过交替喷丝的方法。
他们使用湿法纺丝工艺，连续大量制备出基于单壁碳纳米管的、具有较高热电性能的p-n分段式热电纱线。
这种纱线导电性很高，处于400-800Scm?1的范围，节段和电极间的低接触电阻率为189.8μΩcm2 。