كشف باحثون في الصين عن مفهوم جديد للملابس التي تعمل بالطاقة الشمسية والتي يمكنها تنظيم درجة حرارة جسم مرتديها. تم إنشاؤها بواسطة Ziyuan Wang وزملاؤه في جامعة نانكاييجمع التصميم بين الأجهزة الكهربائية الحرارية والخلايا الشمسية المرنة الحديثة. ويصف الفريق نهجه في ورقة في علوم.

تهدف الملابس المنظمة للحرارة إلى إبقاء الجسم في درجة حرارة آمنة ومريحة في مجموعة واسعة من البيئات. على نطاق واسع، فإنه يقع في فئتين، السلبي والنشط. يستخدم التنظيم الحراري السلبي مواد تستغل التأثيرات بما في ذلك الامتصاص والإشعاع والحرارة الكامنة للتحولات الطورية للحفاظ على راحة مرتديها.

الميزة الرئيسية للنهج السلبي هي عدم الحاجة إلى مصدر طاقة خارجي. ومع ذلك، فإن التنظيم الحراري السلبي عادة ما يسير في اتجاه واحد حيث يكون للملابس تأثير تبريد أو تدفئة - ولكن ليس كليهما.

تحدي الطاقة

عادةً ما يتم تحقيق التنظيم الحراري ثنائي الاتجاه باستخدام مواد نشطة تستخدم آليات مثل دوران سائل التبريد والقنوات الموائعية لتحقيق التسخين والتبريد السريع. عادةً ما يتم تشغيل هذه الأنظمة بواسطة البطاريات، مما يزيد من وزنها ويجب إعادة شحنها. ومع ذلك، من حيث المبدأ، يمكن أيضًا تشغيلها عن طريق حصاد الطاقة من الشمس، ولكن ثبت أن هذا يمثل تحديًا كبيرًا في التصميم.

"بسبب استهلاكها العالي للطاقة، يصعب على الأنظمة النشطة الحفاظ على التنظيم الحراري المستمر لجسم الإنسان لفترة طويلة من خلال أجهزة محمولة ومستدامة لحصاد الطاقة"، كما يقول شينغي هوانغ وبينغلي لي في جامعة شانغهاي جياو تونغ اكتب في مقالة تعليقية in علوم الذي يرافق ورقة وانغ.

ولمواجهة هذا التحدي، اعتمد فريق وانغ على أحدث التطورات في مجال الخلايا الكهروضوئية العضوية المرنة. اليوم، يمكن لهذه الخلايا الشمسية الحفاظ على كفاءة تحويل عالية حتى عند تشكيلها إلى أشكال مختلفة.

ويتوقع هوانغ ولي: "إذا أمكن دمج هذه الوحدة الكهروضوئية العضوية عالية الكفاءة والمرونة مع نظام مناسب لإدارة الحرارة، فيمكن تحقيق ملابس قوية ومستدامة ذاتيًا ومنظمة للحرارة".

وحدة كهروسعرية مرنة

في دراستهم، قام وانغ وزملاؤه ببناء قطعة صغيرة من المواد القابلة للارتداء من خلال دمج خلية شمسية مرنة في وحدة كهروسعرية مرنة. هذا الأخير عبارة عن جهاز يخضع لتغيرات عكسية في درجات الحرارة استجابةً للمجالات الكهربائية المطبقة.

عند وضعها في ضوء الشمس، حصدت الخلية الشمسية ما يكفي من الطاقة لوحدة الكهروسعرية الحرارية لتبريد جلد مرتديها بما يصل إلى 10 درجات في الطقس الحار. ويمكن تخزين أي طاقة زائدة في بطارية صغيرة منفصلة. وفي الظلام، يمكن تحويل الجهاز إلى وضع التدفئة واستخدام الطاقة المخزنة لتدفئة جلد مرتديه بما يصل إلى ثلاث درجات. وإجمالاً، يمكن للجهاز تحقيق التنظيم الحراري طوال فترة 24 ساعة.

يقول هوانغ ولي: "بفضل أداء الإدارة الحرارية الممتاز، والتبديل السهل لاتجاه الإدارة الحرارية، والتحكم الأمثل في درجة الحرارة، أظهر فريق وانغ الملابس التي تسمح لجسم الإنسان بالتكيف مع التغيرات في درجة الحرارة المحيطة".

ومن خلال دمج هذه التكنولوجيا في الأقمشة القابلة للارتداء، يأمل فريق وانغ أن يؤدي ابتكارهم إلى جيل جديد من الملابس العملية التي تعمل بالطاقة الشمسية والتي تساعد مرتديها على التكيف مع البيئات المعقدة والصعبة.

ومن خلال التنظيم الحراري النشط، يمكن للجهاز أن يسمح لمرتديه بتحمل الصحاري الحارقة والمناطق القطبية المتجمدة والعديد من المناخات ذات التقلبات السريعة في درجات الحرارة. ويمكن أيضًا تكييفه للاستخدام في الفضاء الخارجي، حيث تصبح درجات الحرارة شديدة الحرارة في ضوء الشمس المباشر، ولكنها تنخفض في الظل.

ويضيف هوانغ ولي: "بعيدًا عن الملابس، يمكن تطبيق هذه الأجهزة على المركبات والمباني". "من الممكن تصور مستقبل الإدارة الحرارية في جميع الأحوال الجوية التي لا تقتصر على إمدادات الطاقة وحيث يمكن للطاقة المجمعة الإضافية تشغيل الأجهزة الإلكترونية في ظل ظروف خاصة."

• محتوى مدعوم من تحسين محركات البحث وتوزيع العلاقات العامة. تضخيم اليوم.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. تمكين نفسك. الوصول هنا.
• أفلاطونايستريم. ذكاء Web3. تضخيم المعرفة. الوصول هنا.
• أفلاطون كربون، كلينتك ، الطاقة، بيئة، شمسي، إدارة المخلفات. الوصول هنا.
• أفلاطون هيلث. التكنولوجيا الحيوية وذكاء التجارب السريرية. الوصول هنا.
• المصدر https://physicsworld.com/a/solar-powered-fabric-cools-in-the-day-and-warms-at-night/