Новости

Jun 23, 2023

Энергия

Новый терморегулирующий текстиль обеспечивает комфорт своим владельцам с минимальными затратами энергии благодаря проводящему полимеру, который можно модифицировать, чтобы регулировать количество излучаемого инфракрасного излучения.

Новый терморегулирующий текстиль обеспечивает комфорт своим владельцам с минимальными затратами энергии благодаря проводящему полимеру, который можно модифицировать, чтобы регулировать количество излучаемого инфракрасного излучения. По словам разработчиков текстиля из Чикагского университета, Университета штата Северная Каролина и Университета Дьюка (все в США), новое «носимое устройство с регулируемой излучательной способностью» или WeaVE может быть использовано для создания интеллектуальных тканей нового поколения с терморегулированием. .

Многие животные хорошо умеют манипулировать инфракрасным (ИК) излучением, чтобы нагреваться и охлаждаться. Сахарские серебряные муравьи, например, рассеивают избыточное тепло благодаря треугольным волоскам на теле, которые отражают различное количество ближнего ИК-лучей в зависимости от положения Солнца. Человеческие тела, напротив, поглощают и теряют тепло в основном за счет ИК-излучения с длиной волны 10 микрон, и наша кожа не способна контролировать этот диапазон длин волн в реальном времени, чтобы помочь нам регулировать температуру тела. Поэтому исследователи разрабатывают текстиль, который может сделать это за нас.

Новое устройство WeaVE состоит из трех слоев: активного слоя из проводящего полимера полианилина (ПАНИ); металлизированный нейлон; и полутвердый электролит. Когда к этой слоистой структуре прикладывается небольшое напряжение, активный материал переключается между пропускающим диэлектрическим состоянием и металлическим состоянием с потерями. Каждое состояние имеет разную излучательную способность, поэтому, переключаясь между ними, количество теплового излучения, излучаемого тканью, можно регулировать, чтобы сделать ее либо теплоизлучающей (охлаждение), либо теплозащитной (нагрев).

«Таким образом, ткань может обеспечивать комфорт пользователя, регулируя, сколько тепла тела сохраняется, а сколько излучается», — объясняет По-Чун Сюй из Чикаго, который возглавлял команду разработчиков вместе с Цзе Инь из штата Северная Каролина. «Таким образом, пользователь будет чувствовать одинаковую температуру кожи независимо от внешней температуры».

Одним из основных преимуществ WeaVE является то, что электрохимическая настройка, используемая для изменения его радиационного переноса тепла, требует лишь небольшого количества энергии. Этот тип терморегуляции называется «адаптивным», что означает, что он основан на модуляции коэффициента теплопередачи материала и использует гораздо меньше энергии, чем «активные» технологии, которые используют электрическое тепло или оборотную воду для генерации или перекачки тепловой энергии. В результате энергия, необходимая для поддержания теплового баланса, практически равна нулю. Еще одним преимуществом является то, что металлизированный нейлон в ткани раскроен в стиле киригами, что позволяет ей растягиваться и двигаться вместе с телом пользователя, полностью сохраняя при этом соединения и конфигурацию электрохимической ячейки.

Гибкость WeaVE и низкое энергопотребление означают, что его можно использовать в экологически чистых текстилях и тканях нового поколения, которые позволят пользователям адаптироваться к окружающей среде, говорит Сюй. «Поскольку тепловой комфорт — это очень индивидуализированное и субъективное понятие, было бы полезно, если бы эффект охлаждения/согрева был адаптирован для каждого в зависимости от его ощущений и окружающей среды», — рассказал он Physics World. «Мы также надеемся, что эта работа может вдохновить будущие исследования как в области материаловедения проводящих полимеров, так и в разработке умных носимых персональных устройств терморегуляции».

Текстиль «Янус» согреет и охладит

В настоящее время исследователи работают над демонстрацией других электрохимически настраиваемых термических материалов на основе проводящих полимеров. «Фундаментальные исследования физики полимеров и взаимодействия света и вещества в электрохромных механизмах также являются нашим основным направлением, что не только интересно с научной точки зрения, но и может привести нас к созданию полимеров с более высокими характеристиками», — говорит Сюй.

Они подробно описывают свою нынешнюю работу в PNAS Nexus.