Nastavenie teploty na pohodlný rozsah vyžaduje veľa energie. Preto sa v súčasnosti venuje veľké množstvo výskumných prác vývoju pasívnych technológií osobného tepelného manažmentu, ktoré dokážu znížiť telesnú teplotu bez akéhokoľvek výdaja energie. Hoci predchádzajúci výskumníci navrhli rôzne konštrukčné metódy na chladenie textílií, denné chladenie žiarením na báze textílií pod okolitú teplotu sa nedosiahlo. Nová štúdia ukazuje, že optické vlastnosti hodvábu sú spôsobené jeho vrstvenou mikroštruktúrou, ktorá poskytuje výskumníkom sľubný smer na skúmanie denného radiačného chladenia.

Nedávno výskumný tím z Nanjing University a Stanford University skúmal nanospracovanie hodvábu prostredníctvom dizajnu molekulárnej väzby a metódy ponorného poťahovania pomocou roztiahnuteľného spojovacieho činidla a dokázal, že nanospracovanie hodvábu môže dosiahnuť subenvironmentálne denné radiačné chladenie. Súvisiaci výskum bol publikovaný v Nature Nanotechnology s názvom "Subambient Daytime Radiative Cooling textile Based on Nanoprocessed Silk".

Dizajn z nano-hodvábu

Výskumníci ošetrili hodváb namáčacím náterom s pomocou roztiahnuteľného spojovacieho činidla a hodváb si zachoval svoju pôvodnú nositeľnosť. Okrem toho, aby sa zlepšila odrazivosť v pásme ULTRAVIOLET, anorganické oxidové nanočastice s vysokým indexom lomu boli naviazané na hodváb stratégiou molekulárnej väzby pomocou spojovacieho činidla. Zároveň sa zlepšuje aj odrazivosť visibon-blízkeho infračerveného pásma a celková odrazivosť hodvábu v celom slnečnom spektre môže dosiahnuť okolo 95%.

Návrh denného radiačného chladenia pre nano hodváb

Príprava a charakterizácia

Na výpočet účinnosti rozptylu častíc Al2O3 v UV spektre ako funkcie veľkosti častíc sa použila teória rozptylu Mie a nanočastice Al2O3 s veľkosťou približne 300 nm sa určili na použitie pre nasledujúce experimenty. Tetrabutyltitanát bol vybraný ako kopulačné činidlo a častice Al2 boli naviazané na hodváb. Zistilo sa, že tetrabutyltitanát môže vytvárať vodíkové väzby s hydroxylovou skupinou na povrchu Al3O2 a znižovať aglomeráciu častíc Al3O2. Okrem toho môže tetrabutyltitanát vytvárať silné kovalentné väzby s aminokyselinami v hodvábe. Preto sa prostredníctvom tejto stratégie navrhovania molekulárnych väzieb vytvára silná adhézia medzi časticami Al3O2 a hodvábom.

Príprava a charakterizácia nano-hodvábu

Výkonnostný test

Výskumníci testovali prírodný a nanohodvábny hodváb za nepretržitého chladenia žiarením počas 22 hodín. Štúdia zistila, že v dôsledku uvoľňovania tepla je teplota prírodného hodvábu nižšia ako okolitá teplota v noci, ale cez deň (9:00 ~ 17:00) je jeho teplota zvyčajne vyššia ako teplota okolia. Naproti tomu teplota nanohodvábna bola konzistentne nižšia ako okolitá teplota počas dňa aj noci a priemerná teplota nanohodvábna bola stále asi o 3.5 °C nižšia ako teplota okolitého vzduchu o 15:00, keď slnečné žiarenie prekročila 800 W·m-2.

Test výkonu radiačného chladenia prírodného hodvábu a nano hodvábu

Výskumníci tiež testovali chladiace vlastnosti hodvábneho poťahu simulovanej kože pri slnečnom svetle. Simulovaná koža pozostáva z flexibilného ohrievača izolovaného silikónovou gumou. Výsledky ukázali, že keď bola simulovaná pokožka pokrytá nano-hodvábom, teplota pokožky bola asi o 8 ℃ a 12.5 ℃ nižšia ako teplota simulovanej kože pokrytej prírodným hodvábom alebo bavlnou. Vyššie uvedené výsledky ukazujú, že nanohodváb má vynikajúce chladiace vlastnosti vďaka kombinácii jeho zvýšeného slnečného odrazu a jeho vlastných vlastností tepelného žiarenia, ktoré minimalizujú vstup tepla, a tieto vlastnosti nie sú ovplyvnené nanoúpravou.

Vedci tiež testovali, aké pohodlné bolo nosenie hodvábu. Výsledky ukázali, že priepustnosť vodných pár nano-hodvábu bola podobná priepustnosti prírodného hodvábu a Tyveku, ale o niečo vyššia ako u bavlny. Pod krytom nanočastíc Al2O3 je sacia vzdialenosť jadra hodvábu stále 10 mm, porovnateľná s prírodným hodvábom; Umývateľnosť hodvábnej tkaniny bola testovaná praním a sušením na slnku.

Tepelný test a test nositeľnosti nano hodvábu