我科研人员制备出全天候人体热管理系统

发布时间:2024-03-04 20:29:28 来源: sp20240304

  科技日报讯 (记者陈曦 通讯员李享)近日,国际期刊《科学》在线发表了南开大学科研团队的最新研究成果——仅用太阳光驱动的全天候自持续人体热管理衣物。由南开大学化学学院教授陈永胜、材料科学与工程学院教授马儒军、化学学院教授刘永胜组成的科研团队,设计、制备了一种柔性且可持续的个人体温调节系统。

  该系统能够对各种极端复杂环境下的温度变化进行快速响应。通过柔性太阳能器件,系统可用太阳光的能量驱动高效的电卡热管理器件,使人体热舒适区从22℃—28℃扩展到12.5℃—37.6℃。它还具有能耗低、效率高的特点,只需12小时的太阳光能量输入,便可实现24小时的可控和双模式体温调节。

  相对恒定的体温是维持人体正常生命活动的重要条件之一。服装在调节人体体温、保持人体热舒适度方面发挥着重要作用。在昼夜温差极大或生存环境恶劣的地区,如何安全、便捷、高效地利用衣物让体温保持在适宜的温度区间是一项值得研究的课题。

  近年来,研究人员已开发出多种体温调节系统。但是由于这些体温调节系统存在能耗较高、效率较低等问题,在没有额外能量输入的情况下,无法长时间运转。而且其有限的能量供应,不能支撑全天候和自持续的热管理调节。

  “如果可以实现在烈日下制冷,在寒夜里保暖,并且可以利用无处不在的太阳能来实现上述全天候和自持续的人体热管理,人类的生存空间将获得极大的扩展。”陈永胜说。

  研究团队基于前期在柔性太阳能、电卡以及热管理等方面取得的进展,研究设计制备了柔性太阳能电池模块和柔性电卡热管理模块。研究人员将两者有机地集成起来,制成了一种新型柔性可穿戴的主动性太阳能热管理系统,从而实现了双向主动的人体热管理。使人体在太阳光(高温)下实现降温,在黑暗(低温)中实现保暖,人可以生活的环境温度区间获得了3倍以上提升。

  同时,这种新型太阳能热管理系统还可以充分发挥有机太阳能电池和电卡热管理器件的柔性特征。将其用于衣物上,又不会影响穿着体验。

  此外,团队还基于前期在有机太阳能和电卡等方面积累的研究,开发了高效且具有主动性的双向人体柔性热管理系统。这一管理系统在体温调节领域展现了潜在的应用前景,但也有一些重要科学和技术问题有待解决,比如进一步提升能源效率,如何研发更高效率的太阳能材料器件与电卡材料器件,如何优化集成的器件结构等。

  陈永胜表示:“我们将进一步优化提升体温调节系统性能,为提高人类在极地、太空等极端恶劣环境中的生存质量作出更多的贡献。”(来源:科技日报) 【编辑:叶攀】