什麼比紙薄（比紙薄比鋼硬秒升溫）

2023-04-14 04:49:04 2

看到這幅在「反覆橫跳」的藝術畫了嘛？

沒錯，聰明的人大概已經看出來了，整幅畫都是用特殊的感溫顏料製成的。

但極果君想說的是，這幅畫的畫布可非常不簡單，是用一種納米級的量子材料——碳納米管薄膜製成的。

聽著是不是有大片電影內味了？

而且這種碳納米管薄膜除了應用在鋰電池、航天、仿生機器人領域，其實也可以應用於服裝、家居用品、理療、戶外等保暖加熱裝備中。

說到這小夥伴們可能想問了，那它到底是個啥？長啥樣？有啥用？為了給廣大的網友們揭秘，極果君也來了場另類的「藝術科普」。

廢話不多說，先來看一段視頻吧！

很多人看完視頻前半段的藝術畫，可能就一臉懵逼了。

我是來看科普/漲姿勢的，看畫幹嘛？這幅畫和前面所提到的碳納米管薄膜又有什麼關係？

請大家先耐心往下看～

視頻開頭大家看到的這幅「波普藝術」畫，是一種從20世紀50年代一直流行到現在的藝術風格。

但從視頻的第65秒開始，波普味就開始有了「跳動變化」～

這是因為我們用碳納米管薄膜材料作為畫布，並安裝了智能控溫的加熱組件。當溫度在33-45度之間變化時，整個畫板上所塗抹的感溫顏料就會開始閃動變換。

為了在視覺上看起來更有趣，我們也在控溫方式上做了點調整：在這個10x6的畫板上，不斷變換角度和路線來開啟控溫開關～

變化最為明顯的當屬人物飄逸的秀髮，隨著一層一層加熱過去，綠色、紫色慢慢呈現在我們眼前。

得益於整個碳納米管薄膜加熱組件加熱快、控溫精準的特性，我們才能看到這幅10x6的藝術畫顏色一格挨著一格跳動變化。除了顏料塗抹痕跡外，顏色跳動的深淺基本一致。

那問題來了，碳納米管薄膜材料為何能做到快速加熱的？碳納米管薄膜加熱組件又為何能做到控溫精準，這幾個特性應用於保暖裝備上有什麼用呢？

在科普之前，極果君也想提及一下本次實驗材料和成品提供者——捷迪納米，它不僅是目前國內少有的碳納米管民用製造廠商，還攻克了碳納米管薄膜規模化製備難題，並且生產的材料更加優質，讓它真正地能被我們所使用，稍後也將會為大家一一詳細介紹到。

接下來就是科普時間咯～

這次，極果君請來了著名科普視頻作者、西瓜視頻獨家創作人三一博士來為我們科普，並且做了幾個小實驗來親自測試由捷迪納米生產出來的碳納米管薄膜加熱組件的神奇之處～

首先，我們來說說碳納米管薄膜，它是一種具有特殊結構的一維量子材料，主要是由呈六邊形排列的碳原子構成單層到數十層的同軸圓管，重量輕並且具有許多異常的力學、電學和化學性能。

簡單來說，它是由石墨烯片層捲曲而成，更直觀一點，就像是一層捲起來的蜂窩。

我們在視頻中所見到的加熱組件就是由他們組合而成，每平方米碳納米管薄膜中就包含500億 根碳納米管，但它的重量僅5克，厚度5微米，也就相當於頭髮絲的1/10。

這已經是薄到肉眼看不見語言形容不了的程度了。。。

但這麼薄，會不會質量很差？做成服裝或家紡產品一洗就爛？

下面我們來個實驗暴力測一測～

1.加水機洗，熱性能依舊出色

我們把帶有連接線的碳納米管薄膜加熱組件放進了專用的洗衣機裡。

講真，極果君還真有那麼點提心弔膽，這玩意兒薄成這樣，軟成這樣，能扛造嗎？

一段長達數分鐘的翻騰、攪拌、轉動後，結果來了——

它不但外觀絲毫沒有變化，甚至烘乾之後，當我們再次打開布料上連接的加熱開關，它依舊能夠正常加熱升溫。

神了！

看到這，三一博士也跟極果君提到，這塊碳納米管薄膜不僅比絲綢還輕薄柔軟，它的材料韌性剛性都非常出色。

資料顯示，碳納米管這種材料是目前彈性模量最高的材料。所謂的彈性模量，你可以理解為韌性、可拉伸但不變形的特徵。

用專業術語來說，碳納米管薄膜的彈性模量約等於1TPa。那1TPa的概念是什麼呢？

舉個例子，金剛石的彈性模量是11x10^5 MPa，而橡膠的彈性模量在6MPa。而TPa 、GPa 、MPa之間的換算是這樣的：1TPa=1000Gpa，1Gpa=1000Mpa。

此外，碳納米管薄膜有非常優秀的電學性能，電熱轉化效率高達99.5%。它的熱能傳輸通道大，又緊貼加熱體表面，省去大量空間減少無效加熱面積，也降低了能耗，可實現瞬時加熱。

這個速度，極果君已經開始期待用它製成電熱毯和保暖服了。

筒子們，寒冬保命神器蹲一波！

2.融化黃油，整片均勻加熱

除了前面的特徵，三一博士還跟我們科普過，碳納米管這種量子材料具有非常大的長徑比以及良好的傳熱性能，所以沿著長度方向的熱交換性能很高；而且它的熱輻射能比例高達60％以上。理想情況下，元件不僅加熱效率高，加熱均勻性也很不錯。

但實際應用的時候，每塊材料真的能做到均勻加熱嗎？畢竟，這種小塊小塊的材料，一旦被組合成大塊的被褥、毯子或服裝，加熱的均勻與否會直接影響實際體驗。

為了搞清楚這一點，我們搞了一組香味四溢的「烤黃油」實驗～

將熔點在34度的黃油放在準備好的幾片碳納米管薄膜上，進行融化觀察實驗。

幾塊黃油不只融化速度、時間保持一致，就連現場不同角度香味飄出來的時間都是一致的！香得均勻立體，極果君都餓了。。。

而且這個效果極果君可以用鼻子保證是真的！

不信你看圖

3.恆溫加熱，毛鱗片閉合使用安全

說到加熱性能，就不得不再多聊碳納米管薄膜材料在消費級市場應用中需要面對的另一個問題——安全性。

尤其是冬天很多加熱類產品，雖然溫度都號稱是「親膚」級別，但實際使用的時候，一旦使用不慎，很容易造成低溫燙傷。

為了驗證碳納米管薄膜材料加熱組件加熱後的安全性問題，我們來了一組「頭髮毛鱗片」加熱實驗～

通常來說，在52度及以上的高溫狀態下，我們頭髮的毛鱗片是會打開的。

所以，我們把頭髮絲放在碳納米管薄膜材料加熱組件上，觀察它在加熱狀態後毛鱗片的開合情況。

左邊是碳納米管薄膜材料加熱組件上加熱「烤」過的頭髮毛鱗片，右邊是吹風機高溫吹過的頭髮毛鱗片。

可以看到，在碳納米管薄膜材料加熱組件上加熱過的毛鱗片依舊平滑閉合。

這就不得不提到，我們所使用的這組由捷迪納米生產出來的碳納米管加熱組件，採用了高精度熱敏電阻作為溫度傳感器，不僅可實現對加熱系統溫度的精準監控，還能夠確保溫度精確溫差偏值≤2度。

我們在視頻中也能看到，加熱組件上有一個圓形的控制器，其中包含了有過流、短路、過溫3重防護，能夠有效避免燙傷。

通常來說，各種高科技材料，除了擁有各種出色的性能，還會有一個共性——造價可不菲。

三一博士在科普部分中也提到，因為製備碳納米管薄膜的尺寸都在釐米級，因為製作工藝十分複雜。所以別看它輕又薄，其實它十分稀有昂貴。

需要提到的是，目前碳納米管的形態有粉末、薄膜、漿料，可以做得更薄、更輕，可以彎折，但是它的製備過程卻是有著重重阻礙。

首先，雖然我們能夠得到碳納米管這種量子材料，但是由於它的某些製備方法得到的碳納米管生長機理不明確，所以不能做到任意調節和控制它的結構；

其次，催化劑顆粒的大小、碳源的種類、溫度等都會影響到碳納米管的產量和質量。

據不完全統計，目前全球碳納米管生產企業超百家，生產能力超萬噸/年。但絕大多數企業都把它應用在高精尖行業設備上，民用級別的應用少之又少。

以國內市場為例，天奈科技、德方納米、道氏技術等的碳納米管企業的經營中心均以鋰離子電池核心材料研發為主。

他們所生產出來的碳納米管薄膜最多的應用就是新能源汽車中的鋰離子電池；其次，就是仿生機器人領域，碳納米管薄膜生產的聚合物器件彌補了傳統材料的不足。

（註：圖片來源於網絡）

還有就是我們所使用的相機傳感器、一些電子產品中精密的電子元件也開始使用碳納米管材質，在航天製造材料中也能看到它的身影。

我們能看到，其實大部分廠商的研發都很少涉及民用產品，我們此次實驗中材料和成品提供者捷迪納米不僅做到了將這種碳納米管薄膜批量製備，並且廣泛應用於智能穿戴中的多個領域。

說起捷迪納米，就不得不提及它的創始人——全球頂級碳納米管專家、中科院蘇州納米所副所長李清文博士。

她帶領著團隊攻克了碳納米管薄膜規模化製備難題，並且創造出了獨有的製備工藝，而且也獲得了多項的國家專利。

我們今天在視頻中看到的碳納米管電熱膜就是以浮動催化法製備出來的，柔軟親膚，加熱性能也非常出色。

所以它能夠貼近皮膚來使用，還能根據使用者的需求來進行調節溫度，也在市面上推出了羽絨服、電熱毯等服裝、家居產品。捷迪納米還將它應用到健康理療中，像電熱護頸、護腰、護膝都能已經開始應用。

截至目前為止，捷迪納米已經推出過多款加熱保溫類產品，還與安踏、李寧、波司登等眾多國貨品牌合作，推出了越來越多讓我們能感受到滿滿幸福感的新產品。

再說回到碳納米管薄膜在可穿戴領域的應用，其實捷迪納米已經讓我們真正見到了穿在身上的「納米衣服」。

相信有看過《復仇者聯盟》系列的電影的小夥伴們，對鋼鐵俠在與滅霸作戰時穿著的納米粒子戰衣Mark 50印象深刻，拳拳到肉的重擊也讓滅霸流下了第一滴血。

雖然這只是製作出來的電影特效藝術，但是量子材料——碳納米管薄膜在可穿戴領域已經初見雛形，我們是否也有理由相信，在未來的某一天，碳納米管薄膜也將成為我們衣服的新材質，我們也有可能真的穿上鋼鐵俠的「戰衣」？