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Jun 23, 2023

에너지

새로운 온도 조절 직물은 적외선 복사량을 조절하기 위해 변형될 수 있는 전도성 폴리머 덕분에 최소한의 에너지 입력으로 착용자의 편안함을 유지합니다.

새로운 온도 조절 직물은 적외선 복사량을 조절하기 위해 변형될 수 있는 전도성 폴리머 덕분에 최소한의 에너지 입력으로 착용자의 편안함을 유지합니다. 시카고 대학, 노스 캐롤라이나 주립 대학, 듀크 대학(모두 미국 소재)의 섬유 개발자에 따르면 새로운 "웨어러블 가변 방출 장치"(WeaVE)가 차세대 스마트 열 관리 직물을 만드는 데 사용될 수 있습니다. .

많은 동물들은 적외선(IR) 복사를 잘 조작하여 몸을 데우고 식히는 데 능숙합니다. 예를 들어, 사하라 은색 개미는 태양의 위치에 따라 근적외선의 양이 달라지는 몸의 삼각형 털 덕분에 과도한 열을 발산합니다. 이와 대조적으로 인체는 주로 10미크론 파장의 IR 방사선을 통해 열을 흡수하고 잃습니다. 그리고 우리의 피부는 체온 조절을 돕기 위해 이 파장 범위를 실시간으로 제어할 수 없습니다. 따라서 연구자들은 우리를 위해 이를 수행할 수 있는 직물을 개발하고 있습니다.

새로운 WeaVE 장치는 세 가지 층으로 구성됩니다. 폴리아닐린(PANI)이라는 전도성 폴리머로 만들어진 활성층; 금속화 나일론; 및 반고체 전해질. 이 층 구조에 작은 전압이 가해지면 활성 물질은 투과성 유전 상태와 손실 있는 금속 상태 사이를 전환합니다. 각 상태는 방사율이 다르므로 상태를 전환하여 직물이 방출하는 열 복사량을 조정하여 열 방출(냉각) 또는 열 차폐(가열)로 만들 수 있습니다.

NC State의 Jie Yin과 함께 개발 팀을 이끌었던 시카고의 Po-Chun Hsu는 "섬유는 체온을 얼마나 유지하고 얼마나 많이 방출하는지 조절하여 착용자를 편안하게 유지할 수 있습니다"라고 설명합니다. “이렇게 하면 사용자는 외부 온도에 관계없이 동일한 피부 온도를 느낄 수 있습니다.”

WeaVE의 주요 장점 중 하나는 복사 열 전달을 수정하는 데 사용되는 전기화학적 조정에 적은 양의 에너지 입력만 필요하다는 것입니다. 이러한 유형의 온도 조절을 "적응형"이라고 합니다. 즉, 재료의 열 전달 계수 조절에 의존하며, 열에너지를 생성하거나 펌핑하기 위해 전기 열이나 물 재순환을 사용하는 "능동형" 기술보다 훨씬 적은 에너지를 사용합니다. 결과적으로 열 균형을 유지하는 데 필요한 에너지는 사실상 0입니다. 또 다른 장점은 직물의 금속 나일론이 키리가미 스타일 패턴으로 절단되어 전기화학 전지의 연결과 구성을 완전히 보존하면서 사용자의 신체에 따라 늘어나고 움직일 수 있다는 것입니다.

WeaVE의 유연성과 낮은 에너지 사용은 사용자가 환경에 적응할 수 있는 지속 가능한 차세대 직물 및 직물에 사용될 수 있음을 의미한다고 Hsu는 말합니다. “열적 편안함은 매우 개인화되고 주관적인 개념이기 때문에 냉각/온난화 효과가 모든 사람의 감정과 주변 환경을 기반으로 맞춤화된다면 유익할 것입니다.”라고 그는 Physics World에 말했습니다. "우리는 또한 이 연구가 전도성 폴리머의 재료 과학과 스마트 웨어러블 개인 체온 조절 장치 엔지니어링에 대한 미래 연구에 영감을 줄 수 있기를 바랍니다."

몸을 따뜻하게 하고 시원하게 해주는 '야누스 직물'

연구원들은 현재 전도성 폴리머를 기반으로 하는 전기화학적으로 조정 가능한 다른 열 물질을 입증하기 위해 노력하고 있습니다. Hsu는 “고분자 물리학과 전기 변색 메커니즘의 가벼운 물질 상호 작용에 대한 근본적인 연구도 우리의 주요 초점이며 이는 과학적으로 흥미로울 뿐만 아니라 우리를 고성능 고분자로 이끌 수 있다”고 Hsu는 말했습니다.

그들은 PNAS Nexus에서의 현재 작업을 자세히 설명합니다.