Opvarmede krystalflager kan sys ind i tøj til termoterapi

Opvarmede handsker, armbånd, og selv ringe er nogle af de potentielle anvendelser af stærkt ledende MXene, et 2-D materiale lavet af skiftende atomlag af titanium og kulstof. I en ny undersøgelse, forskere har fremstillet MXene flager, derefter elektrostatisk klæbet flagerne til tråde, og syede til sidst trådene ind i almindelige stoffer, der sikkert kan opvarmes under lavspænding.

Forskerne, ledet af Chong Min Koo, ved Korea Institute of Science and Technology og Korea University, og Cheolmin Park, på Yonsei University, har udgivet en artikel om den formtilpasbare MXene-varmer i et nyligt nummer af ACS Nano .

I de seneste år, forskere har undersøgt forskellige materialer, der skal bruges som fleksible, bærbare varmelegemer. Selvom materialer som carbon nanorør og grafen har fremragende elektriske og optiske egenskaber, det har været udfordrende at behandle dem til brug i applikationer.

Et nyere materiale, MXene blev først introduceret i 2011 af forskere ved Drexel University. MXene er et 2-D krystallinsk materiale, der udviser metallignende ledningsevne og stærk elektrisk-til-varme-konverteringsadfærd. Det kan også nemt forarbejdes til tynde film og stoffer.

"Vi var i stand til at udvikle en ny letvægts, omkostningseffektive, men højtydende elektriske varmeapparater baseret på nye 2D-materialer af MXene, som er velegnede til bærbare og på kroppen, " fortalte Park Phys.org . "Der er foreslået flere kandidater til formålet, baseret på kulstof nanomaterialer, men de er begrænset af enten deres dårlige bearbejdelighed eller lave elektriske ledningsevne, der involverer skadelige og giftige kemikalier. Vi løste disse problemer med løsningsbehandlede MXene-flager."

I den nye undersøgelse, forskerne brugte først MXene-flager til at fremstille en gennemsigtig tyndfilm-varmer. Under en anvendt 15 V, varmelegemets temperatur steg med en hastighed på 8°C/sekund for at nå et maksimum på 120°C (248°F). Ved at nedsænke varmeren i flydende nitrogen i 5 minutter, forskerne viste, at varmelegemet kunne fungere som en defroster, hurtigt at fjerne frosten på overfladen under 12 V. Som en demonstration af dens høje fleksibilitet, varmelegemet kunne foldes i en vinkel på 90° uden øget modstand, og fortsatte med at fungere, selv når den var foldet på midten, dog med større modstand.

Forskerne viste også, at MXene-flagerne kan bruges til at lave opvarmet stof. For at gøre det, forskerne behandlede kommercielle polymertråde med en belægning for at forbedre deres elektrostatiske interaktion med MXene-flagerne. Derefter dyppede de trådene i en vandopløsning indeholdende MXene-flager. Den elektrostatiske vekselvirkning mellem de positivt ladede tråde og negativt ladede flager fik flagerne til at samle sig selv på de enkelte fibre, gør de hvide tråde sorte i processen.

De MXene-coatede tråde blev derefter syet sammen med bomuld for at lave opvarmet tøj. Under en lille spænding, hver MXene flage fungerede som en lille varmelegeme. Ved at styre spændingen, forskerne kunne gradvist hæve temperaturen på kold hud tilbage til normal kropstemperatur uden at skade huden. I fremtidige ansøgninger, det opvarmede tøj kunne drives af konventionelle batterier eller alternative strømkilder.

"Potentielt, vores varmelegeme kan drives af energien lagret i batterier og/eller superkondensatorer fra en række nye vedvarende energikilder, såsom bærbare solceller, triboelektriske energigeneratorer, og så videre, " sagde Park.

Forskerne forventer, at den robuste, fleksibelt opvarmet tøj kan være nyttigt til termoterapi og overvågning i sundhedssektoren, blandt andre personlige ansøgninger.

"Da de MXene-flager, vi udviklede med løsningsprocessen, er meget ledende og optisk gennemsigtige, en række anvendelser er mulige, i særdeleshed, kræver gennemsigtige elektroder, " sagde Park. "Eksempler inkluderer udviklingen af ​​mekanisk fleksible og dermed bærbare organiske lysdiodeskærme, fotodetektorer, og gennemsigtige berørings- og/eller tryksensorer."

© 2019 Science X Network