محققان استنفورد پارچه ای برگشت پذیر را ایجاد کرده اند که بدون صرف تلاش و انرژی ، پوست را در هر حال و هوای مطبوع راحت نگه می دارد.

در مقاله ای که در تاریخ 10 نوامبر در Science Advances منتشر شد ، تیمی به سرپرستی یی کوی ، استاد علوم و مهندسی مواد ، پارچه ای دو طرفه را بر اساس همان مواد اولیه بسته بندی آشپزخانه روزانه ایجاد کردند. پارچه آنها بسته به آنکه طرف آن طرف باشد ، پوشنده را گرم یا خنک می کند.

این پروژه به دلیل علاقه كوی به بهره وری انرژی و تخصص وی در دستكاری مواد نانو مقیاس حاصل شد. وی فکر کرد اگر مردم در طیف وسیعی از درجه حرارت راحت تر باشند ، می توانند در تهویه هوا و گرمایش مرکزی انرژی صرفه جویی کنند .

"چرا شما نیاز دارید که کل ساختمان را خنک و گرم کنید؟ چرا افراد فردی را خنک نمی کنید و گرم می کنید؟" از کوی پرسید.

سیزده درصد کل انرژی مصرفی در ایالات متحده صرفاً به کنترل درجه حرارت داخلی اختصاص داده شده است. اما برای هر 1 درجه سانتیگراد (1.8 درجه فارنهایت) که یک ترموستات خاموش است ، یک ساختمان می تواند 10٪ از انرژی گرمایش را صرفه جویی کند ، و برعکس برای سرمایش صادق است. تنظیم کنترل دما فقط با چند درجه تأثیرات عمده ای بر مصرف انرژی دارد.

بسته بندی آشپزخانه خنک کننده

بدن ما روشهای زیادی برای کنترل درجه حرارت ما دارد. وقتی هوا سرد است ، موهای موجود در پوست ما ایستادگی می کنند تا هوای گرم را به دام بیندازند. سرانجام ، ممکن است شروع به لرزیدن کنیم تا گرمای بیشتری در عضلات ایجاد شود. وقتی گرم است ، ما به عنوان پرتوهای مادون قرمز از پوست خود گرما را آزاد می کنیم و اگر هنوز گرم است ، شروع به عرق کردن می کنیم. تبخیر آب به دور از بدن ما مقدار زیادی گرما را با خود حمل می کند. اما این مکانیسم ها فقط در چند درجه کمک می کنند. به خارج از محدوده دمایی که بدن ما قادر به سازگاری است برسید ، و ما به شماره گیری گرمایش یا تهویه مطبوع می رسیم.

در سال 2016 این تیم اولین قدم را به سمت یک راه حل اعلام کرد: پارچه ای که اجازه می دهد گرمای بدن از آن عبور کند ، پوست را خنک می کند. اگرچه آنها از بسته بندی آشپزخانه شفاف و غیرقابل نفوذ در آب الهام گرفته بودند ، مواد جدید آنها مات ، تنفس بود و توانایی آن را در شاتل کردن اشعه مادون قرمز به دور از بدن حفظ می کردند. در مقایسه با نمونه پنبه ، پارچه آنها در آزمایشگاه از خنک کننده 2 مصنوعی پوست استفاده می کرد - احتمالاً به اندازه کافی برای جلوگیری از دستیابی شخص به فن یا ترموستات ساختمان. اولین نساجی این تیم می تواند یک ساختمان پر از کارگران 20 تا 30 درصد از کل بودجه انرژی خود را نجات دهد.

پیشرفت برگشت پذیر

"درست وقتی که متوجه خنک شدن شدیم ، این سؤال پیش آمد: آیا می توانید گرمایش را انجام دهید؟" پون چون هسو ، که برای اولین بار در مقاله اخیر نویسنده بود ، گفت: یک زمستان به خصوص سرد بود و او با یک کیف حمل بر روی کتهایش به کنفرانس در مینیاپولیس رفت. آیا او می تواند مقاله ای از لباس ایجاد کند که در یک اتاق کنفرانس شلوغ گرم و همچنین در خیابان های یخ زده به او خدمت کند؟

هسو فهمید که کنترل اشعه می تواند هر دو روش کار کند. او دو لایه از مواد را با توانایی های مختلف برای آزاد کردن انرژی گرما جمع کرد و سپس بین لایه های پلی اتیلن خنک کننده آنها ساندویچ کرد.

از یک طرف ، یک پوشش مس بین یک لایه پلی اتیلن و پوست به دام می افتد. از طرف دیگر ، یک پوشش کربنی گرما را در زیر لایه دیگری از پلی اتیلن آزاد می کند. این ماده با پوشاندن لایه مسی به بیرون ، گرما را به دام می اندازد و پوست را در روزهای سرد گرم می کند. با بیرون آمدن لایه کربن ، گرما را آزاد می کند و باعث می شود لباس پوشاننده خنک شود.

به علاوه ، ماده ماسهبندی شده می تواند دامنه دمای راحت فرد را بیش از 10 درجه فارنهایت افزایش دهد ، و هسو پیش بینی می کند دامنه بالقوه بسیار بزرگتر باشد - نزدیک به 25 درجه فارنهایت. با ساکنین پوشیده از پارچه مانند آن ، ساختمانهایی در بعضی از اقلیم ها ممکن است هرگز به تهویه مطبوع احتیاج نداشته باشند. یا اصلاً گرمایش مرکزی

پلیمرهای عملی

به گفته این تیم ، پارچه به رنگ سفید کاملاً پوشیدنی نیست.

کوی گفت: "در حالت ایده آل ، وقتی به وسایلی که می خواهید روی پوست بپوشید ، می رسیم ، باید آن را به یک ساختار الیاف بافته تبدیل کنیم." منسوجات بافته شده قوی تر ، الاستیک ، راحت تر هستند و بسیار شبیه لباس های معمولی هستند. اما خبر خوب: آنها قبلاً آزمایش را شروع كرده اند تا مطمئن شوند كه پارچه آنها قابل شستشو خواهد بود.

شانهویی فن ، استاد مهندسی برق که در این کار شرکت کرده است ، گفت: "از دید من ، این کار فرصت های چشمگیر در ترکیب مفاهیم مهندسی حرارتی با ساختارهای نانوفوتونیک را برای ایجاد قابلیت های جدید برجسته می کند."

اهداف این تیم ایجاد یک منسوجات عملی و به راحتی ساخته شده است که مردم می توانند از آن برای صرفه جویی در مقادیر عظیمی از انرژی در سراسر جهان استفاده کنند. و آنها در اینجا متوقف نمی شوند - کوی ، هسو و فن لباس با وسایل پزشکی و حتی سرگرمی هایی را که دقیقاً داخل پارچه چاپ می شود ، پیش بینی می کنند .