Een nieuw thermoregulerend textiel houdt zijn dragers comfortabel met een minimale hoeveelheid energie-input dankzij een geleidend polymeer dat kan worden aangepast om de hoeveelheid infraroodstraling aan te passen. Volgens de textielontwikkelaars van de University of Chicago, North Carolina State University en Duke University (allemaal in de VS), zou het nieuwe "wearable variable-emittance device", of WeaVE, kunnen worden gebruikt om slimme stoffen voor thermisch beheer van de volgende generatie te maken .
Veel dieren zijn goed in het manipuleren van infraroodstraling (IR) om zichzelf op te warmen en af te koelen. Sahara-zilvermieren voeren bijvoorbeeld overtollige warmte af dankzij driehoekige haren op hun lichaam die verschillende hoeveelheden nabij-IR-stralen reflecteren, afhankelijk van de positie van de zon. Menselijke lichamen daarentegen absorberen en verliezen warmte voornamelijk door IR-straling met een golflengte van 10 micron, en onze huid is niet in staat om dit golflengtebereik in realtime te regelen om ons te helpen de lichaamstemperatuur te reguleren. Onderzoekers ontwikkelen daarom textiel dat dit voor ons kan doen.
Fabric schakelt tussen twee toestanden
Het nieuwe WeaVE-apparaat bestaat uit drie lagen: een actieve laag gemaakt van een geleidend polymeer genaamd polyaniline (PANI); gemetalliseerd nylon; en een halfvaste elektrolyt. Wanneer een kleine spanning wordt aangelegd op deze gelaagde structuur, schakelt het actieve materiaal tussen een doorlatende diëlektrische toestand en een met verlies verbonden metaaltoestand. Elke toestand heeft een andere emissiviteit, dus door ertussen te schakelen, kan de hoeveelheid warmtestraling die de stof afgeeft, worden aangepast om het warmteafgevend (koelen) of hittewerend (verwarmen) te maken.
"Het textiel kan de drager dus comfortabel houden door aan te passen hoeveel lichaamswarmte wordt vastgehouden en hoeveel wordt weggestraald", legt uit Chicago's Po-Chun Hsu, die samen met Jie Yin of NC-staat. "Op deze manier zou de gebruiker dezelfde huidtemperatuur voelen, ongeacht de buitentemperatuur."
Thermoregulatie is "adaptief"
Een groot voordeel van de WeaVE is dat de elektrochemische afstemming die wordt gebruikt om het stralingswarmtetransport te wijzigen, slechts een kleine hoeveelheid energie-input vereist. Dit type thermoregulatie wordt "adaptief" genoemd, wat betekent dat het afhankelijk is van het moduleren van de warmteoverdrachtscoëfficiënt van het materiaal, en het gebruikt veel minder energie dan "actieve" technologieën die elektrische warmte of recirculerend water gebruiken om thermische energie op te wekken of te pompen. Hierdoor is de energie die nodig is om de warmtebalans in stand te houden vrijwel nul. Een ander voordeel is dat het gemetalliseerde nylon in de stof is gesneden in een patroon in kirigami-stijl, waardoor het kan worden uitgerekt en met het lichaam van de gebruiker kan bewegen terwijl de verbindingen en configuratie van de elektrochemische cel volledig behouden blijven.
De flexibiliteit en het lage energieverbruik van de WeaVE betekent dat het kan worden gebruikt in duurzame textiel en stoffen van de volgende generatie waarmee gebruikers zich kunnen aanpassen aan hun omgeving, zegt Hsu. "Aangezien thermisch comfort een sterk geïndividualiseerd en subjectief concept is, zou het gunstig zijn als het verkoelende/verwarmende effect voor iedereen op maat wordt gemaakt op basis van hun gevoelens en de omgeving", vertelt hij. Natuurkunde wereld. "We hopen ook dat dit werk toekomstig onderzoek kan inspireren naar zowel de materiaalkunde van geleidende polymeren als de engineering van slimme draagbare persoonlijke thermoregulatie-apparaten."
'Janus textiel' kan je warm houden en koel houden
De onderzoekers werken nu aan het demonstreren van andere elektrochemisch afstembare thermische materialen op basis van geleidende polymeren. "De fundamentele studies van polymeerfysica en licht-materie-interactie van de elektrochrome mechanismen zijn ook onze belangrijkste focus, wat niet alleen wetenschappelijk interessant is, maar ons ook kan leiden naar hoogwaardigere polymeren", zegt Hsu.
Ze beschrijven hun huidige werk in PNAS-nexus.
- Door SEO aangedreven content en PR-distributie. Word vandaag nog versterkt.
- PlatoData.Network Verticale generatieve AI. Versterk jezelf. Toegang hier.
- PlatoAiStream. Web3-intelligentie. Kennis versterkt. Toegang hier.
- PlatoESG. Automotive / EV's, carbon, CleanTech, Energie, Milieu, Zonne, Afvalbeheer. Toegang hier.
- BlockOffsets. Eigendom voor milieucompensatie moderniseren. Toegang hier.
- Bron: https://physicsworld.com/a/energy-efficient-fabric-helps-wearers-beat-heat-waves-and-cold-snaps/
