Нанопористый материал может сделать износостойкую технику, которая держит вас прохладно
Исследователи из Стэнфордского университета разработали недорогостоящий пластиковый материал, который удерживает пользователя намного прохладнее обычного текстиля. Может ли это быть хорошим подходом для носящих технику »// www.wsj.com/articles/intel-recalls-basis-peak-smartwatches-due-to-overheating-1470269273« target = "_ blank"> перегрев носимых может быть однозначно опасным поскольку они, по определению, носят потребители на их теле.
Даже когда износостойкие технологии не перегреваются, крошечное количество тепла, создаваемого энергосистемами, может легко попасть в ловушку вблизи кожи тканями, такими как хлопок. Некоторые исследователи справляются с этой проблемой, создавая технологию, основанную на теплоте тела.
Однако другие носимые разработчики могут заинтересовать этот новый материал из Стэнфорда.
Вызов тепла тела
Согласно Shanhui Fan, профессору электротехники в Стэнфордском университете, 40-60% тепла человеческого тела выделяется инфракрасным излучением в состоянии покоя. Вот почему, когда мы собираемся под одеялом, мы становимся теплее. Одеяло поглощает инфракрасное излучение вокруг нашего тела. Те же самые излучения делают нас видимыми в темноте сквозь очки ночного видения.
К сожалению, инфракрасные излучения тела, находящиеся в диапазоне от 7 до 14 мкм, поглощаются традиционными материалами, такими как хлопок. Поэтому эти материалы нежелательны, чтобы тело было прохладным.
Исследование показывает, что материал, созданный командой Стэнфорда, может удерживать человека почти на 4 градуса по Фаренгейту в сравнении с хлопковой одеждой.
Вентилятор отмечает, что есть несколько исследований, посвященных проектированию тепловых радиационных свойств текстильных изделий и что это изобретение может стать хорошим началом для более эффективной разработки нашей одежды.
Эволюция охлаждающего материала
Основная идея охлаждающего материала заключается в разработке материала, который позволяет инфракрасное излучение. Первый способ достичь этой цели - ясный материал. Однако, ясный материал не будет скромным вариантом для одежды! Поэтому новый текстиль должен быть прозрачным для инфракрасных излучений, будучи непрозрачным для видимого света.
С этим набором параметров перед ними исследователям приходилось прибегать к комбинации нанотехнологий, фотоники и химии для создания нового материала. Они поняли, что специальная форма хорошо известного прозрачного материала, полиэтилена, цепляющегося пластика, используемого в качестве кухонной упаковки, может привести к приемлемому решению.
Обычная полиэтиленовая обертка уже прозрачна для инфракрасных излучений; однако он прозрачен и непроницаем для водяного пара и воздуха. Йи Цуй, научный сотрудник Стэнфордского университета, заметил, что специальная форма пластиковой обертки, нанопористый полиэтилен, пропускает инфракрасное излучение, тогда как оно непрозрачно для видимого света. Нанопористый полиэтилен, или «nanoPE» для краткости, широко используется в литиево-ионных батареях для отделения положительных и отрицательных сторон и предотвращения электрического короткого замыкания.
Нанозированные поры в куске полиэтилена. Изображение предоставлено Chemical & Engineering News
Прабхакар Бандару, профессор наноинженерии в Калифорнийском университете в Сан-Диего, называет исследовательскую группу материалами инновационными и определенно увлекательными. Хотя nanoPE является широко используемым и легко доступным материалом, он представляет собой материал без ткани, и исследовательская группа долгое время думала о возможностях nanoPE в качестве текстиля. В конце концов, люди, работающие в текстильной промышленности, почти никогда не пересекаются с людьми, работающими на батареях.
К счастью, исследования Cui касаются батарей, и два года назад он решил сэкономить энергию за счет сокращения переменного тока и разработки термически эффективных материалов. Рассмотрев множество вариантов, ему пришло в голову, что nanoPE может быть правильным выбором.
Нанопористые материалы
Специфическая наноструктура нового материала использует поры правильного размера - от 50 до 1000 нм в диаметре - для рассеивания видимого света, но через инфракрасное излучение тела.
Поскольку полиэтилен ловушки влаги, исследовательская группа должна была его модифицировать. С этой целью они применяли химическое вещество, называемое полидопамином, и делали его проницаемым для воды, как хлопок. Они также пробивали отверстия в материале, чтобы сделать его более воздухопроницаемым.
Модифицированный nanoPE теперь может охлаждать тело через естественный механизм испарения пота в окружающий воздух. Более того, для того, чтобы сделать продукт более сильным и толстым, исследователи создали трехслойную версию и застряли один слой хлопковой сетки между слоями nanoPE.
Текстиль nanoPE. Изображение предоставлено Yi Cui Group / Stanford University
Чтобы экспериментально проверить охлаждающий потенциал материала, исследователи сравнили трехслойную версию материала с хлопчатобумажной тканью сопоставимой толщины. Они использовали небольшой образец каждого материала для покрытия устройства, которое имитирует, как кожа излучает тепло. Сравнение показало, что, экспериментируя с хлопчатобумажной тканью, температура будет на 3, 6 градуса F выше, чем в случае использования нового материала.
При охлаждении человека пассивно новая одежда может увеличить уставку системы кондиционирования. Технологическая технология Массачусетского технологического института Светлана В. Борискина указывает, что увеличение термостата дома в теплые месяцы всего на несколько градусов может показаться не таким уж большим, но с точки зрения экономии энергии оно может быть огромным. Она ожидает, что новый материал может сократить потребление энергии на 45%.
Цуй настаивает на том, что новый материал очень похож на обычную ткань и надеется, что он будет коммерциализирован в течение двух лет. Команда дополнительно обрабатывает материал, чтобы придать ему более привлекательные и тканеподобные свойства. Например, они будут производить его в разных цветах и текстурах.
Подключение к сахарным муравьям Сахары
Интересно отметить, что сахарский серебряный муравей использует аналогичный механизм, чтобы выжить в душной жаре пустыни. Эти муравьи покрыты сверху и по бокам их тел очень маленькими волосками.
Уникальная форма этих волос держит муравьиный кулер двумя способами. Во-первых, крошечные волосы очень отражаются на видимый свет. Рассеивая солнечный свет, пальто предотвращает поглощение солнечного света. Во-вторых, волосы имеют высокую эмиссию для инфракрасных длин волн. Действуя как антиотражающий слой, волосы позволяют насекомому выделять тепло его тела.
Этот последний метод пассивного охлаждения похож на то, что использует новый материал, позволяя организму выделяться из кожи.
Сахаранский серебряный муравей. Изображение предоставлено Bjørn Christian Tørrissen (CC BY-SA 3.0)
Команда Стэнфорда ранее опубликовала статью об использовании металлических нанопроволок для производства одежды, которая может улавливать инфракрасное излучение и удерживать пользователя теплее, чем одежда, сплетенная из традиционных материалов. Однако, по словам Цуй, охлаждение намного сложнее, чем потепление. Это урок разработчиков электроники.
Новая ткань и ее охлаждающие свойства обсуждаются в журнале Science.