浙江大学光电学院李强教授课题组研发出兼具散热、保温及发电功能的室外可穿戴织物

编辑: 时间:2021年05月08日 访问次数:0



织物最早是人类为了适应不同外界环境温度而发明的。在过去,人们仅仅通过简单的穿多或者穿少,穿厚或者薄衣服等方式,来应对寒冷或者炎热天气。从人体和外界热交换途径来看,这些方式集中在对热传导和热对流的控制,辐射散热约占人体全部热耗散的65%,基于热辐射调控人体和外界热交换,可以进一步提高个人热管理(包括制冷散热和保温)效率。之前大部分研究集中在室内个人热管理,而室外个人热管理更具挑战性:(1)室外人体辐射损耗更高(如0.6mm厚棉室外辐射损耗是室内4倍),因而保温热管理难度更高;(2)室外太阳为温度为5500度黑体辐射源,其将加热织物进而提高制冷散热热管理难度;(3)室外温度变化范围更大,且无法借助空调等手段调控个人热管理。

浙江大学李强教授团队与西湖大学仇旻教授团队合作,制备室外具备保温-制冷散热双热管理功能和发电功能的可穿戴微纳织物。其制冷散热面采用多孔聚四氟乙烯上喷涂聚甲基丙烯酸甲酯增强辐射散热并反射太阳辐射能量,保温面采用多孔聚乙烯上沉积金属纳米颗粒抑制辐射散热并吸收太阳辐射能量,通过翻转该织物可以在制冷散热和保温两种模式下切换,实现全天候室外个人热管理(图1和图2)。在白天阳光照射下,保温模式该织物相比1mm厚黑棉可以使模拟皮肤温度升高约8.1度,制冷散热模式该织物相比0.5mm厚白棉可以使模拟皮肤温度降低约6度。在温度调控基础上,通过在织物内表面和皮肤之间嵌入热电模块方式实现了全天候电产生,其产生电能的效率在正午可达69mW/m2,在夜间也有约24mW/m2,可为部分低功耗可穿戴器件供能(图3)。

该项工作利用微纳光子学实现可在保温和制冷散热两种模式间切换的全天候室外个人热管理织物,同时利用织物和皮肤之间温差发电,为低能耗个人热管理和可穿戴电子器件供能提供解决途径。

该研究成果以“Outdoor personal thermal management with simultaneous electricity generation”为题于20214月发表在Nano Letters上。浙江大学光电学院博士生罗皓和朱屹凝为论文共同第一作者,浙江大学光电学院李强教授和西湖大学工学院仇旻教授为共同通讯作者。这项工作得到了国家重点研发计划项目和国家自然科学基金项目支持。


1. 多功能织物保温、制冷散热原理及结构示意图,右上角为制冷散热面图。



2. 多功能织物在保温和制冷散热模式下的红外图、可见图和扫描电子显微镜图。


3. 多功能织物室外全天候热电产生。


文章链接和上述图片来源:https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.nanolett.1c00400