Описывая их работу в недавней проблеме Науки, журнале Американской ассоциации содействия развитию науки (AAAS), исследователи предположили, что эта новая семья тканей могла стать основанием для предметов одежды, которые сохраняют людей спокойными в горячих климатах без кондиционера.«Если Вы можете охладить человека, а не здание, где они работают или живут, который сохранит энергию», сказал И Цуй, адъюнкт-профессор материаловедения и разработки в Стэнфордском университете и науки фотона в Национальной ускорительной лаборатории SLAC и научного руководителя исследования.
Новый материал работает, позволяя телу освободить от обязательств тепло двумя способами, которые заставили бы владельца чувствовать себя на почти 4 градуса по Фаренгейту более спокойным, чем если бы они носили хлопчатобумажную одежду.Материал охлаждается, позволяя поту испариться через материал, что-то, что обычные ткани уже делают. Но Стэнфордский материал обеспечивает второй, революционный механизм охлаждения: разрешение нагревается, который тело испускает как инфракрасная радиация, чтобы пройти через пластмассовую ткань.Все объекты, включая наши тела, отбрасывают тепло в форме инфракрасной радиации, невидимой и мягкой длины волны света.
Одеяла согревают нас, заманивая инфракрасную тепловую эмиссию в ловушку близко к телу. Эта тепловая радиация, сбегающая из наших тел, – то, что делает нас видимыми в темноте через защитные очки ночного видения.«Сорок к 60 процентам нашего тепла тела рассеян как инфракрасная радиация, когда мы сидим в офисе», сказал Шэнхуи Фэн, соавтор исследования и преподаватель электротехники, который специализируется на фотонике, которая является исследованием видимого и невидимого света. «Но до сих пор было минимальное исследование в области проектирования тепловых радиационных особенностей текстиля».
Суперприведенная в действие кухонная оберткаИсследование смешало компьютерные моделирования, нанотехнологии, фотонику и химию, чтобы дать полиэтилен – прозрачная, цепкая пластмасса, которую мы используем в качестве кухонной обертки – много особенностей, желательных в одежде материала: Это позволяет тепловой радиации, воздуху и водяному пару проходить прямо через и непрозрачно к видимому свету.
Самый легкий признак позволял инфракрасной радиации проходить через материал, потому что это – особенность обычной продовольственной обертки полиэтилена. Конечно, кухонная пластмасса водонепроницаема и прозрачна также, отдавая его бесполезный как одежда.Стэнфордские исследователи занялись этими дефицитами по одному. Как начальный шаг, они создали компьютерные модели, которые захватили оптические свойства нанопористого полиэтилена.
Моделирования проводились на местном жителе, вычисляют группу в Стэнфорде, в дополнение к petascale суперкомпьютеру Кометы SDSC и Паническому бегству в Техасе Продвинутый Вычислительный центр в Техасском университете в Остине. Получающиеся модели охватили широкий оптический диапазон длины волны от видимого до инфракрасного.
«Приспосабливаясь для множества параметров мы смогли определить ряд размеров поры, нанопора, что подходящий лучше всего цель ткани, та, которая очень непрозрачна явно и в то же время очень прозрачна в тепловом диапазоне длины волны», сказал Фэн.«Решение для распространения электромагнитной волны в больших 3D структурах очень в вычислительном отношении требовательно, и может только быть сделано на высокоэффективных компьютерах», добавил он. «Иначе потребовалось бы слишком много времени. Большая совместно используемая память в группе Кометы была довольно выгодна для кодекса, который мы использовали».
Используя их компьютерные модели как руководство, исследователи сочли вариант полиэтилена обычно используемым в батарее, делающей, у которого есть определенная наноструктура, которая непрозрачна к видимому свету, все же очевидно для инфракрасной радиации, которая могла позволить теплу тела убежать. Это обеспечило основной материал, который был непрозрачен к видимому свету ради скромности, но тепло прозрачен в целях энергоэффективности.
Они тогда изменили промышленный полиэтилен, рассматривая его с мягкими химикатами, чтобы позволить молекулам водяного пара испариться через нанопоры в пластмассе, сказала постдокторская По-Chun ученого и члена команды Сюй, позволив пластмассе дышать как натуральное волокно.Больше цветов, больше структур, более подобных Ткани
Тот успех дал исследователям материал одинарной таблицы, который соответствовал их трем основным критериям для охлаждающейся ткани. Чтобы сделать этот тонкий материал более подобным ткани, они создали трехслойную версию: два листа рассматриваемого полиэтилена, отделенного хлопком, сцепляются для силы и толщины.Чтобы проверить охлаждающийся потенциал их трехслойной конструкции против хлопчатобумажной ткани сопоставимой толщины, они поместили маленький образчик каждого материала по поверхности, которая была столь же теплой как голая кожа и имела размеры, сколько тепла каждый материал улавливал.
«Ношение чего-либо улавливает некоторое тепло и делает кожу теплее», сказал Фэн. «Если рассеивание тепловой радиации было нашим единственным беспокойством, тогда будет лучше ничего не носить».Сравнение показало, что хлопчатобумажная ткань сделала поверхность кожи 3.6 более теплыми F, чем их ткань охлаждения.
Исследователи сказали, что это различие означает, что человек, одетый в их новый материал, мог бы чувствовать себя менее склонным, чтобы включить вентилятор или кондиционер.Исследователи продолжают свою работу над несколькими фронтами, включая добавление большего количества цветов, структур и подобных ткани особенностей к их материалу. Адаптация материала, уже массового производства для промышленности батареи, могла облегчить создавать продукты.
«Мы полностью ожидаем, что высокоэффективные компьютеры будут критической помощи в наших следующих моделированиях, включающих более широкий масштаб и более сложные структуры», сказал Алекс Сонг, Стэнфордский партнер постдиссертации, который выполнил электромагнитные моделирования этих структур волокна.