Stanford Üniversitesi'nden Cui Yi'nin ekibi, şaşırtıcı bir şekilde nano sıcaklık kontrollü kumaşın süreç boyunca sıfır enerji tüketimiyle ortaya çıktığını keşfetti.
("MIT Technology Review" APP'nin Çince ve İngilizce sürümü artık çevrimiçi ve yıllık aboneler her hafta teknoloji İngilizcesi dersini canlı yayınlıyor ve ayrıca bir teknoloji İngilizce öğrenme topluluğu da var ~)
Kısa süre önce, ünlü Çinli bilim adamı Cui Yi liderliğindeki bir Stanford Üniversitesi malzeme bilimi araştırma ekibi oldukça yaratıcı bir araştırma sonucu yayınladı Büyülü efektlere sahip yeni bir "kumaş" : Vücuda yakın giyildiğinde, insan vücudu tarafından yayılan ısı miktarını ayarlamak için herhangi bir dış enerji girişi gerektirmez; önden giyildiğinde, insan vücudunun sıcak kalmasına yardımcı olabilir ve "içten dışa" giyilirse, insan vücudunun ısıyı dağıtmasına yardımcı olur!
Ekip şunları söyledi: Bu buluşun vücut sıcaklığının konfor bölgesini 14.7 ° C'ye kadar genişletmesi beklenmektedir. Bu, insanların geniş bir sıcaklık aralığında rahat kalmasını sağlar ve çok sayıda binanın soğutma / ısıtma enerji tüketimini önemli ölçüde azaltır.
Resim | Profesör Cui Yi
Eski kıyafet icadı, insanlığın önemli rolü hakkında hiçbir şüpheye sahip değildir. Ancak ilginçtir ki, hayvan derilerinden ve yapraklarından başlayarak ipek, pamuk ve kimyasal liflere kadar her ne kadar giysilerin malzemeleri sürekli güncellense de, temel işlevleri hiç değişmemiş, yani: Isı dağılımını azaltın ve vücut yüzey sıcaklığını artırın .
Modern toplumda insanlık, odadaki insanların uygun kıyafetler giyerken uygun vücut ısısını koruyabilmelerini sağlamak için klima ve ısıtma gibi bir dizi ekipman icat etti. Alışkın olduğumuz bu görev aslında çok fazla enerji tüketiyor . Birleşik Devletler'i örnek alırsak, uygun bir sıcaklığı korumak için binalar tarafından tüketilen enerji, tüm toplumun toplam enerji tüketiminin% 12'si kadar yüksektir.
Bunun yanlış olduğunu asla hissetmeyebiliriz. Stanford Üniversitesi'ndeki Cui Yi'nin ekibi sihirli bir materyal icat edene kadar: " İnsan vücudu radyasyon ısıtma / soğutma çift modlu kumaş "." Kumaş "dedi, ancak herhangi bir elyafla dokunmadı, ancak nanomalzemeler Yapılmış.
Vücudun yanına giyilen bu tür sihirli "bez" soğutuculara dayanmaz ve bebekte demir tozunun oksidasyon reaksiyonunu gerektirmez. Pasif radyan ısı alışverişini gerçekleştirmek için sadece onlarca mikrometre kalınlığında ince bir tabaka gereklidir. : Ön tarafa takmak, insan vücudunun harici ısı radyasyonunu en aza indirebilir ve vücut yüzeyinin ısı korumasını gerçekleştirebilir; Arka tarafa takmak, insan vücudunun geleneksel giysilere göre önemli ölçüde daha soğuk olan harici radyasyonunu en üst düzeye çıkarabilir.
Şekil | Cui Yi'nin ekibi tarafından kişisel giyim için geliştirilen "kumaş" ın şematik diyagramı
Bu kumaş parçası neden bu kadar büyülü? Bu, insan vücudunun vücut ısısını koruduğu ilkesiyle başlar.
Sıcakkanlı bir hayvan olarak insanlar, vücut ısısı üretimi ve vücut yüzeyindeki ısı dağılımının dinamik dengesi aracılığıyla makul bir vücut ısısını korurlar. Vücuttaki sözde ısı üretimi, yakıta benzer bir yöntemle glikoz gibi enerji materyallerini tüketerek ısı üretmektir ve ısı dağıtımı, üç ısı iletimi, konveksiyonla ısı alışverişi ve radyasyonla ısı alışverişini içerir.
onların arasında, İnsan vücudu hareketsizken, ısı dağılımının% 40 -% 60'ı kızılötesi ışınların dışarıya doğru yayılmasıyla elde edilir. . Ortam sıcaklığı insan vücudunun sıcaklığından daha düşük olduğunda, insan vücudu elektromanyetik dalgalar (esas olarak kızılötesi) şeklinde ısı yayabilir.
Bu nedenle vücut ısısının dinamik dengesini sağlamada, yayılan ısı vücutta üretilen ısıdan büyükse kişi soğuyacak, yayılan ısı vücutta üretilen ısıdan daha az ise sıcaklık yükselecektir.
Radyasyon seviyesi esas olarak "radyasyon oranına" bağlıdır. Emisivite, bir nesnenin yüzeyinin doğal bir özelliğidir. Yüksek emisyon, daha fazla enerji yayılması anlamına gelirken, düşük emisyon, termal radyasyon tarafından daha az enerjinin alınması anlamına gelir. bu nedenle Emisivite, ısı yayması gerektiğinde daha yüksek, soğutulması gerektiğinde daha düşük olacak şekilde kontrol edilebiliyorsa, insan vücudu tarafından yayılan ısı miktarı değiştirilebilir ve daha sonra giysi insan vücudunun ısınmasına veya ısı dağılımını düzenlemesine yardımcı olabilir. . Cui Yi'nin ekibinin büyülü icadı, yayıcılığın radyasyon miktarını belirlediği ve radyasyon miktarının vücut yüzeyinin ısınmasını mı yoksa soğumasını mı belirlediği ilkesini kullanıyor.
Cui Yi'nin insan vücudu radyatif ısıtma ve soğutma için ikili modlu tekstili tarafından icat edilen "kumaş" (insan vücudu radyasyonlu ısıtma ve soğutma için çift modlu kumaş, çift modlu kumaş olarak anılır) toplamda üç malzemeden oluşur:
Üst ve alt katmanlar, kızılötesi bantta termal radyasyona neredeyse "şeffaftır" Nano polietilen substrat . İki nano-polietilen katmanı arasında, ultra yüksek emisiviteden oluşan çift katmanlı bir radyatör vardır. Karbon ince tabaka Ve ultra düşük emisyon Bakır ince tabaka kompozisyon.
Şekil Nispeten pürüzlü ve gözenekli karbon katmanı, yüksek bir salım gücüne sahiptir
Şekil Nispeten pürüzsüz bakır tabaka çok daha düşük salım gücüne sahiptir
Herhangi bir kumaşa bakılmaksızın vücuda yakın giyildiği için deri yanındaki iç tabakanın ana ısı transfer yöntemi ısı iletimidir. Bu nedenle, iç katman malzemesinin salım gücünün tüm kumaşın salım gücü üzerinde neredeyse hiçbir etkisi yoktur - kumaşın salımı esas olarak kumaşın dış katman malzemesine bağlıdır. Çoğu geleneksel giysi kumaşının yayma gücü yaklaşık 0,8'dir, bu da insan vücudu için yalnızca sabit bir ısı dağılımı ile ısı yalıtımı sağlayabilecekleri anlamına gelir:
Çift modlu kumaşın çift katmanlı radyatöründe, karbon katmanın emisyonu 0,9'a kadar çıkar. (Emisivitenin teorik üst sınırı 1'dir) Bu, radyasyonun dışarıya baktığı zaman, vücutta üretilen ısıdan daha büyük olacağı ve vücut yüzey sıcaklığında bir düşüşe neden olacağı anlamına gelir:
Bakır tabakanın emisyonu sadece 0,3'tür . Bu nedenle, bu katman dışarıya baktığı zaman, radyasyonla kaybedilen ısı, vücutta üretilen ısıdan daha az olacaktır ve bu, geleneksel kumaşlardan çok daha iyi bir ısı koruma etkisine sahiptir:
Çift modlu kumaşların etkisini doğrulamak için araştırmacılar aşağıdaki deneyleri yaptılar:
22.0 ° C'lik bir ortam sıcaklığında, bir insan vücudu yüzeyini simüle etmek için kullanılan bir elektrikli ısıtıcı, 51 W / m2'lik bir güçle ısı üretir. Isıtıcı sıradan bir süveteri "giydiğinde", yüzey sıcaklığı (giysilerin altındaki insan vücudu yüzeyinin sıcaklığını simüle eder) 36.9 ° C'dir. Çift modlu kumaş değiştirildikten sonra, karbon katmanı dışa baktığı zaman, sıcaklığı sıradan kumaşlara göre 3,1 ° C daha düşük olan 33,8 ° C'ye düşer; bakır katman dışa baktığı zaman sıcaklık, sıradan kumaşlardan daha yüksek olan 40,3 ° C'ye yükselir. 3,4 ° C! Farklı takma yöntemlerinden kaynaklanan sıcaklık farkı 6,5 ° C'ye kadar çıkmaktadır!
Aslında, geçen yıl Cui Yi'nin ekibi, soğuyabilen kumaşlar yapmak için nanogözenekli polietilen kullandığını fark etti. Ama aynı kumaşın ön ve arka yüzüne ilk kez giyilmesinin farklı etkileri oluyor. Sonuçları geçtiğimiz günlerde "SCIENCE ADVANCES" dergisinde yayınlandı. Cui Yinin ekibi için bu, onlar tarafından yayınlanan bir başka en iyi dergi makalesi. Ancak tekstil ve giyim endüstrileri için özel öneme sahip teknolojik bir atılım olabilir.
Her şeyden önce, bu ek enerji veya hassas otomatik kontrol gerektirmeyen, ancak konforlu bir "her hava koşulunda" sıcaklığı koruma görevini yerine getirebilen bir giysidir. İster soğuk bir sabah, ister sıcak bir öğleden sonra olsun, her zaman "zamanında giysi eklemek veya çıkarmak" veya "Şubat, Nisan ve Ağustos aylarında kaotik giyinme" içinde dolaşmak yerine tam zamanlı, tam sıcaklıkta hizmet sağlayabilir. elbette, Cui Yi'nin ekibi, güç kaynaklarına sahip giyilebilir cihazlarla birleştirildiğinde kıyafetleri daha akıllı ve kontrol edilebilir hale getirebileceklerini söyledi.
İkincisi, bu ucuz bir teknolojidir . Bunlar arasında en çok kullanılan malzeme olan polietilen çok yaygın bir günlük malzeme olup, sıklıkla streç film ve gıda ambalajı gibi günlük ihtiyaçların yapımında kullanılmaktadır.
Belki gelecekte, tüm iç ortam sıcaklığını korumak için çok fazla enerji tüketmemize gerek kalmayacaktır. Vücut yüzeyinin sıcaklığını ve nemini mükemmel şekilde korumak için herkesin yalnızca ince bir giysi giymesi gerekir. Bazı bilim kurgu filmlerinin hayal etmeye cesaret edemeyeceği bu tür sahneler, bilim adamları tarafından gerçeğe dönüştürülüyor.
Ancak bu adımdan önce, Cui Yi ve onların sihirli kumaşları tarafından aşılması gereken birçok pratik engel var. Örneğin, henüz nemi ayarlayamıyorlar. Ayrıca, bir giysi parçası olarak, çift modlu kumaşların yeterince dayanıklı ve yıkanabilir olduklarını kanıtlaması gerekir. Son olarak, herkes kıyafet satın aldığında, sıcaklık ihtiyacı genellikle yerini zarafet haline getirir. Outdoor giyim kumaşlarının teknolojik içeriği ne kadar yüksek olursa olsun, en çok satan kumaşlar saf pamuk ve yün gibi geleneksel dokulardır.
Ancak moda trendi değiştikçe değişiyor ve uzun sürmeyebiliyor ... Soğuk ve sıcağı aynı anda dışarıda tutabilen, hatta sıcaklığı hassas bir şekilde kontrol edebilen mikrometre kalınlığındaki giysiler, teknoloji ve modanın mükemmel birlikteliğini gerçekleştiriyor.
