工业加热在化工生产和制造领域至关重要，但多数设施仍依赖化石燃料。工程师们长期探索能在严苛条件下高效工作的电加热方案。近期，美国莱斯大学的研究人员报告了一种创新方案：采用碳纳米管纤维作为加热材料，其性能在实验中优于传统金属合金。

在流动气体环境下，碳纳米管纤维加热器单位质量提供的加热功率显著高于金属合金元件。这种新材料结合了适合焦耳加热的电阻率、高强度和高热导率，为工业热能电气化提供了新途径。第一作者、应用物理学研究生莫妮莎·维贾伊·库马尔表示：“工业热能的电气化是脱碳最重要也最困难的部分之一。我们想了解一种完全不同的材料类别是否能够拓展气体加热的可能性。”

工业系统常采用浸入式加热，即加热元件直接置于气流中以提高效率，但这会带来机械和热应力。碳纳米管纤维因其柔韧性和强度，可制成更薄的加热器，克服了金属合金在尺寸缩小时的制造难题。机械工程助理教授丹尼尔·J·普雷斯顿指出：“当你将加热器直接浸入气流中时，你获得了传热效率，但也创造了一个更加严苛的运行环境。几何形状、稳定性和性能都变得紧密耦合。”

研究人员构建了多种碳纳米管纤维加热器配置，包括单丝、平行阵列和织物结构。通过比功率负载测试，这些加热器在多种条件下均表现出更高性能，尤其在非氧化环境中优势明显。机械工程助理教授杰夫·韦迈尔解释：“它们的高热导率有助于分散热量并抑制局部热点，而热点是加热器失效的常见原因。这种热量散布从根本上改变了这些设备在极端条件下的行为。”

碳纳米管纤维的机械柔韧性允许极细直径设计，同时保持强度，拓展了加热器的应用潜力。化学与生物分子工程教授马泰奥·帕斯夸利强调：“碳纳米管纤维提供了不同寻常的柔韧性：例如，你可以在它们上面打结而不会断裂；这拓展了可用的设计空间。”团队还借鉴纺织技术，将纤维编织成轻质多孔结构，实现更均匀的加热。

该项目整合了材料科学、纳米传热和工程制造等多领域专长，并与壳牌公司和DexMat合作。研究结果已发表于《Small》杂志，为工业加热系统提供了高效、可持续的替代方案，有望推动碳纳米管纤维在更广泛工业场景中的应用。