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我科研人員制備出全天候人體熱管理系統(tǒng)

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發(fā)表時間:2024-01-15 08:59來源:科技日報網址:http://www.shhzy4.com上海自儀四廠

我科研人員制備出全天候人體熱管理系統(tǒng)

近日,國際期刊《科學》在線發(fā)表了南開大學科研團隊的最新研究成果——僅用太陽光驅動的全天候自持續(xù)人體熱管理衣物。由南開大學化學學院教授陳永勝、材料科學與工程學院教授馬儒軍、化學學院教授劉永勝組成的科研團隊,設計、制備了一種柔性且可持續(xù)的個人體溫調節(jié)系統(tǒng)。

  該系統(tǒng)能夠對各種極端復雜環(huán)境下的溫度變化進行快速響應。通過柔性太陽能器件,系統(tǒng)可用太陽光的能量驅動高效的電卡熱管理器件,使人體熱舒適區(qū)從22℃—28℃擴展到12.5℃—37.6℃。它還具有能耗低、效率高的特點,只需12小時的太陽光能量輸入,便可實現(xiàn)24小時的可控和雙模式體溫調節(jié)。

  相對恒定的體溫是維持人體正常生命活動的重要條件之一。服裝在調節(jié)人體體溫、保持人體熱舒適度方面發(fā)揮著重要作用。在晝夜溫差極大或生存環(huán)境惡劣的地區(qū),如何安全、便捷、高效地利用衣物讓體溫保持在適宜的溫度區(qū)間是一項值得研究的課題。

  近年來,研究人員已開發(fā)出多種體溫調節(jié)系統(tǒng)。但是由于這些體溫調節(jié)系統(tǒng)存在能耗較高、效率較低等問題,在沒有額外能量輸入的情況下,無法長時間運轉。而且其有限的能量供應,不能支撐全天候和自持續(xù)的熱管理調節(jié)。

  “如果可以實現(xiàn)在烈日下制冷,在寒夜里保暖,并且可以利用無處不在的太陽能來實現(xiàn)上述全天候和自持續(xù)的人體熱管理,人類的生存空間將獲得極大的擴展?!标愑绖僬f。

  研究團隊基于前期在柔性太陽能、電卡以及熱管理等方面取得的進展,研究設計制備了柔性太陽能電池模塊和柔性電卡熱管理模塊。研究人員將兩者有機地集成起來,制成了一種新型柔性可穿戴的主動性太陽能熱管理系統(tǒng),從而實現(xiàn)了雙向主動的人體熱管理。使人體在太陽光(高溫)下實現(xiàn)降溫,在黑暗(低溫)中實現(xiàn)保暖,人可以生活的環(huán)境溫度區(qū)間獲得了3倍以上提升。

  同時,這種新型太陽能熱管理系統(tǒng)還可以充分發(fā)揮有機太陽能電池和電卡熱管理器件的柔性特征。將其用于衣物上,又不會影響穿著體驗。

  此外,團隊還基于前期在有機太陽能和電卡等方面積累的研究,開發(fā)了高效且具有主動性的雙向人體柔性熱管理系統(tǒng)。這一管理系統(tǒng)在體溫調節(jié)領域展現(xiàn)了潛在的應用前景,但也有一些重要科學和技術問題有待解決,比如進一步提升能源效率,如何研發(fā)更高效率的太陽能材料器件與電卡材料器件,如何優(yōu)化集成的器件結構等。

  陳永勝表示:“我們將進一步優(yōu)化提升體溫調節(jié)系統(tǒng)性能,為提高人類在極地、太空等極端惡劣環(huán)境中的生存質量作出更多的貢獻?!保ㄓ浾哧愱?通訊員李享)

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