我國科研人員制備出全天候人體熱管理系統(tǒng)

近日，國際期刊《科學(xué)》在線發(fā)表了南開大學(xué)科研團(tuán)隊(duì)的最新研究成果——僅用太陽光驅(qū)動(dòng)的全天候自持續(xù)人體熱管理衣物。由南開大學(xué)化學(xué)學(xué)院教授陳永勝、材料科學(xué)與工程學(xué)院教授馬儒軍、化學(xué)學(xué)院教授劉永勝組成的科研團(tuán)隊(duì)，設(shè)計(jì)、制備了一種柔性且可持續(xù)的個(gè)人體溫調(diào)節(jié)系統(tǒng)。

該系統(tǒng)能夠?qū)Ω鞣N極端復(fù)雜環(huán)境下的溫度變化進(jìn)行快速響應(yīng)。通過柔性太陽能器件，系統(tǒng)可用太陽光的能量驅(qū)動(dòng)高效的電卡熱管理器件，使人體熱舒適區(qū)從22℃—28℃擴(kuò)展到12.5℃—37.6℃。它還具有能耗低、效率高的特點(diǎn)，只需12小時(shí)的太陽光能量輸入，便可實(shí)現(xiàn)24小時(shí)的可控和雙模式體溫調(diào)節(jié)。

相對(duì)恒定的體溫是維持人體正常生命活動(dòng)的重要條件之一。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適宜的溫度區(qū)間是一項(xiàng)值得研究的課題。

近年來，研究人員已開發(fā)出多種體溫調(diào)節(jié)系統(tǒng)。但是由于這些體溫調(diào)節(jié)系統(tǒng)存在能耗較高、效率較低等問題，在沒有額外能量輸入的情況下，無法長時(shí)間運(yùn)轉(zhuǎn)。而且其有限的能量供應(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(shí)現(xiàn)在烈日下制冷，在寒夜里保暖，并且可以利用無處不在的太陽能來實(shí)現(xiàn)上述全天候和自持續(xù)的人體熱管理，人類的生存空間將獲得極大的擴(kuò)展。”陳永勝說。

研究團(tuán)隊(duì)基于前期在柔性太陽能、電卡以及熱管理等方面取得的進(jìn)展，研究設(shè)計(jì)制備了柔性太陽能電池模塊和柔性電卡熱管理模塊。研究人員將兩者有機(jī)地集成起來，制成了一種新型柔性可穿戴的主動(dòng)性太陽能熱管理系統(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)了雙向主動(dòng)的人體熱管理。使人體在太陽光（高溫）下實(shí)現(xiàn)降溫，在黑暗（低溫）中實(shí)現(xiàn)保暖，人可以生活的環(huán)境溫度區(qū)間獲得了3倍以上提升。

同時(shí)，這種新型太陽能熱管理系統(tǒng)還可以充分發(fā)揮有機(jī)太陽能電池和電卡熱管理器件的柔性特征。將其用于衣物上，又不會(huì)影響穿著體驗(yàn)。

此外，團(tuán)隊(duì)還基于前期在有機(jī)太陽能和電卡等方面積累的研究，開發(fā)了高效且具有主動(dòng)性的雙向人體柔性熱管理系統(tǒng)。這一管理系統(tǒng)在體溫調(diào)節(jié)領(lǐng)域展現(xiàn)了潛在的應(yīng)用前景，但也有一些重要科學(xué)和技術(shù)問題有待解決，比如進(jìn)一步提升能源效率，如何研發(fā)更高效率的太陽能材料器件與電卡材料器件，如何優(yōu)化集成的器件結(jié)構(gòu)等。

陳永勝表示：“我們將進(jìn)一步優(yōu)化提升體溫調(diào)節(jié)系統(tǒng)性能，為提高人類在極地、太空等極端惡劣環(huán)境中的生存質(zhì)量作出更多的貢獻(xiàn)。”

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