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近日，國際頂級期刊《科學(xué)》在線發(fā)表南開大學(xué)最新研究成果。南開大學(xué)化學(xué)學(xué)院陳永勝教授、材料科學(xué)與工程學(xué)院馬儒軍教授、化學(xué)學(xué)院劉永勝教授科研團隊成功研發(fā)出僅用太陽光驅(qū)動的全天候自持續(xù)人體熱管理衣物。
服裝在調(diào)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舒適的溫度區(qū)間，開發(fā)出一種如宇航服般使人體保持在舒適溫度范圍內(nèi)的日常可穿戴體溫調(diào)節(jié)服裝，是人們不斷追求和挑戰(zhàn)的目標。
南開大學(xué)科研團隊設(shè)計、制備了一種柔性且可持續(xù)的個人體溫調(diào)節(jié)衣物系統(tǒng)。該系統(tǒng)能夠根據(jù)各種極端復(fù)雜的環(huán)境溫度變化快速響應(yīng)，通過柔性太陽能器件，將太陽光的能量用于驅(qū)動高效的電卡熱管理器件，使人體熱舒適區(qū)從22°C~28°C擴展到12.5°C~37.6°C，同時能耗低、效率高，只需12小時的太陽光能量輸入，便可實現(xiàn)24小時可控和雙模式體溫調(diào)節(jié)，具有很強的自適應(yīng)能力。
近年來，雖然人們已開發(fā)出許多體溫調(diào)節(jié)系統(tǒng)，但是由于能耗較高、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(zhuǎn)，其有限的能量供應(yīng)，不能支撐全天候和自持續(xù)的熱管理調(diào)節(jié)。“如果可以實現(xiàn)在太陽下制冷，在黑夜里保暖，并且可以利用無限和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，我們?nèi)祟惖纳婵臻g將獲得極大的擴展。”陳永勝說。
基于團隊前期在柔性太陽能、電卡以及熱管理等方面取得的已有進展，他們設(shè)計制備了柔性太陽能電池模塊和柔性電卡熱管理模塊，并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，使人體可生活的環(huán)境溫度區(qū)間獲得了3倍以上的提升。
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，將其集成使用于適宜人類穿著的衣物上，既智能又不會影響皮膚的穿著體驗。
這一管理系統(tǒng)在體溫調(diào)節(jié)領(lǐng)域有極大的應(yīng)用潛能，但也仍有許多重要的技術(shù)問題有待解決，比如如何進一步提升能源效率、集成更大規(guī)模的服裝，研發(fā)新的更高效率的太陽能材料器件與電卡材料器件，集成的器件結(jié)構(gòu)尚需優(yōu)化等。陳永勝表示將繼續(xù)努力，通過研究進一步優(yōu)化提升其性能。
