قماش جديد مزدوج الطبقات مستوحى من الجلد الأسود والفراء الأبيض للدببة القطبية يستخدم الحرارة المنبعثة من الشمس والإضاءة الداخلية لاحتجاز الدفء والحفاظ عليه. يمكن استخدام القماش لصنع منسوجات "مناخ شخصي" تزن 30٪ أقل من القطن لمنطقة معينة وتحافظ على دفء مرتديها عند درجات حرارة أقل بـ 10 درجات مئوية.
على الرغم من تقدم تقنيات النسيج بشكل كبير في السنوات الأخيرة ، إلا أن النسيج المنظم للحرارة حقًا لا يزال غير موجود. المادة الجديدة ، التي أنشأها باحثون في جامعة ماساتشوستس في امهرست في الولايات المتحدة ، يعالج جزئيًا هذه الفجوة عن طريق إقران طبقة خارجية تنقل الضوء المرئي بطبقة أساسية تمتصه أثناء عكس الضوء عند ترددات الأشعة تحت الحمراء.
يوضح قائد الفريق: "تستقبل الطبقة الخارجية الضوء من الشمس ثم تنقل هذا الضوء إلى الطبقة الأساسية" تريشا إل أندرو، الكيميائي وخبير الأجهزة الإلكترونية القابلة للارتداء في Amherst. "هذا يشبه إلى حد كبير كيف ينقل فراء الدب القطبي ، والذي هو أساسًا ألياف بصرية طبيعية ، أشعة الشمس إلى جلد الدببة. يمتص الجلد الضوء ويسخن الدب ".
تأثير الاحتباس الحراري على الجسم
طورت الدببة القطبية مزيجها من الجلد الداكن والشعر الأبيض للتدفئة في بيئتها الجليدية عن طريق عكس أو امتصاص أو نقل الإشعاع بشكل انتقائي عبر الأجزاء المرئية والأشعة تحت الحمراء من الطيف الكهرومغناطيسي. على الرغم من أن التفاصيل الدقيقة للآلية ليست مدروسة جيدًا ، يعتقد العلماء أن ميزات العزل ذات الكثافة الضوئية المنخفضة (ذات اللون الفاتح) مثل الفراء الأبيض تساعد الدببة القطبية على تحقيق نسخة على الجسم من تأثير الاحتباس الحراري.
بشكل غير متوقع إلى حد ما ، ينقل هذا الفراء الأبيض إشعاعًا إلى جلد الدب أكثر بكثير من الشعر الداكن. في الواقع ، يتراوح "عامل استخدام الطاقة الشمسية" - نسبة الحرارة المستخدمة إلى إجمالي اكتساب الحرارة الشمسية - للدببة القطبية من 10٪ إلى 50٪. يتم تعزيز هذا الاستخدام العالي من خلال جلد الدب القطبي الغني بالميلانين - وهو بوليمر حيوي كثيف يتكون من وحدات مترافقة ذات معامل انكسار عالٍ وتمتص الضوء في نطاق واسع من الأطوال الموجية.
توجد أيضًا أسطح تنظيم حراري مماثلة في حيوانات أخرى ، بما في ذلك أنواع العث والفراشات والطيور التي تكيفت للعيش في المناخات الباردة ولكن المشمسة. تمتص هذه الأسطح الضوء بشكل انتقائي في الجزء المرئي والقريب من الأشعة تحت الحمراء من الطيف (حيث يحدث التسخين الحراري الضوئي) ، بينما تعكسه على مدى الأشعة تحت الحمراء ، حيث تشع الأجسام الحرارة تلقائيًا وفقًا لقانون بلانك.
تقوم بعض المواد الاصطناعية أيضًا بتنظيم الحرارة بهذه الطريقة ، وقد سبق للباحثين أن صنعوا طلاءات نسيجية من مواد بصرية مثل MXene والأنابيب النانوية الكربونية والأسلاك النانوية الفضية. ومع ذلك ، فإن الأقمشة الناتجة لا تحتوي على طبقة خارجية مرسلة مرئية لمنع فقدان الحرارة في محيط مرتديها.
بديل للمواد النانوية غير العضوية أو الكربونية
عند تصميم الطبقة الأساسية الجديدة ، تجنب أندرو وزملاؤه المواد النانوية غير العضوية أو الكربونية لصالح النايلون المطلي ببوليمر داكن يسمى بولي (3,4،XNUMX إيثيلين ديوكسي ثيوفين) ، أو PEDOT. هذا البوليمر مناسب بشكل خاص لصناعة المنسوجات وله كثافة بصرية عالية بينما يظل خفيف الوزن ومرنًا.
لاختبار النسيج الحراري الجديد ، استخدم فريق أمهيرست أجهزة محاكاة الجلد والشمس. أظهرت هذه القياسات أنه عند تعرض النسيج لشدة ضوء معتدلة تبلغ 130 وات / م2، فهي تحافظ على مرتديها دافئًا تمامًا مثل القماش القطني - وفي درجات حرارة أكثر برودة بمقدار 10 درجات مئوية - بينما تزن أقل بنسبة 30٪.
"نسيج جانوس" يمكن أن يبقيك دافئًا ويبردك
يقول أندرو: "يمكن أن يكون نسيج الدب القطبي الخاص بنا مفيدًا جدًا في إدارة تدفئة الأماكن ، والتي تستهلك كميات هائلة من الطاقة ، بطريقة أكثر كفاءة في استخدام الطاقة ، من خلال تدفئة الأشخاص في الداخل باستخدام الإضاءة المحيطة بدلاً من تدفئة الغرفة" عالم الفيزياء.
يضيف المؤلف الرئيسي للدراسة: "من خلال تركيز موارد الطاقة على" المناخ الشخصي "حول الجسم ، يمكن أن يكون هذا النهج أكثر استدامة بكثير من الوضع الراهن" ويسلي فيولا.
يستكشف فريق Amherst الآن كيفية تحقيق التبريد الإشعاعي على الجسم ، والذي سيكون أمرًا حيويًا لأن تغير المناخ يدفع درجات الحرارة إلى أعلى وتصبح موجات الحرارة أكثر شيوعًا حتى في المناطق المعتدلة.
تم وصف النسيج الحراري الجديد في مواد وواجهات تطبيقية ACS.
- محتوى مدعوم من تحسين محركات البحث وتوزيع العلاقات العامة. تضخيم اليوم.
- أفلاطونايستريم. ذكاء بيانات Web3. تضخيم المعرفة. الوصول هنا.
- سك المستقبل مع أدرين أشلي. الوصول هنا.
- شراء وبيع الأسهم في شركات ما قبل الاكتتاب مع PREIPO®. الوصول هنا.
- المصدر https://physicsworld.com/a/polar-bear-fur-inspires-solar-thermal-textiles/
