Необходима е много енергия, за да се регулира температурата до комфортен диапазон. Поради това, в момента се провеждат много изследвания, насочени към разработването на пасивни технологии за лично управление на топлината, които могат да намалят телесната температура без разход на енергия. Въпреки че предишни изследователи са предложили различни методи за проектиране на охлаждане на текстил, дневното радиационно охлаждане на базата на текстил под околната температура не е постигнато. Ново проучване показва, че оптичните свойства на коприната се дължат на нейната слоеста микроструктура, което предоставя обещаваща насока за изследователите да изследват дневното радиационно охлаждане.

Наскоро изследователски екип от университета в Нанкин и университета в Станфорд изследва нанообработката на коприна чрез молекулярно свързване и метод на потапяне с помощта на разтеглив свързващ агент и доказа, че нанообработката на коприна може да постигне дневно радиационно охлаждане в субекологични условия. Свързано изследване е публикувано в Nature Nanotechnology, озаглавено „Subambient Daytime Radiative Cooling textile Based on Nanoprocessed Silk“.

Дизайн на нано-коприна

Изследователите третирали коприната с разтегливо свързващо покритие, подпомогнато от потапяне, и коприната запазила първоначалната си износоустойчивост. Освен това, за да се подобри отражателната способност в ултравиолетовия диапазон, наночастици от неорганичен оксид с висок коефициент на пречупване били свързани с коприната чрез молекулярна стратегия за свързване, използвайки свързващ агент. В същото време, отражателната способност на видимия и близък инфрачервен диапазон също била подобрена, а общата отражателна способност на коприната в целия слънчев спектър можела да достигне около 95%.

Проектиране на дневно радиационно охлаждане за нано коприна

Подготовка и характеризиране

Теорията за разсейване на Мие беше използвана за изчисляване на ефективността на разсейване на Al2O3 частиците в UV спектъра като функция от размера на частиците и бяха определени Al2O3 наночастици с размер около 300 nm, които да бъдат използвани за последващи експерименти. Тетрабутил титанат беше избран като свързващ агент и Al2O3 частиците бяха прикрепени към коприна. Установено е, че тетрабутил титанатът може да образува водородна връзка с хидроксилната група на повърхността на Al2O3 и да намали агломерацията на Al2O3 частиците. Освен това, тетрабутил титанатът може да образува силни ковалентни връзки с аминокиселини в коприната. Следователно, чрез тази стратегия за проектиране на молекулярни връзки се формира силна адхезия между Al2O3 частиците и коприната.

Приготвяне и характеризиране на нано-коприна

Тестът за производителност

Изследователите са тествали естествена и нанокопринена коприна при непрекъснато радиационно охлаждане в продължение на 22 часа. Проучването установи, че поради отделянето на топлина, температурата на естествената коприна е по-ниска от околната температура през нощта, но през деня (9:00 ~17:00) температурата ѝ обикновено е по-висока от околната температура. За разлика от това, температурата на нанокоприната е била постоянно по-ниска от околната температура както през деня, така и през нощта, а средната температура на нанокоприната е била все още с около 3.5 °C по-ниска от температурата на околния въздух в 15:00 часа, когато слънчевата радиация е надвишила 800 W·m-2.

Тест за радиационно охлаждане от естествена коприна и нано коприна

Изследователите също така тестваха охлаждащите свойства на коприна, покриваща симулирана кожа на слънчева светлина. Симулираната кожа се състои от гъвкав нагревател, изолиран от силиконов каучук. Резултатите показаха, че когато симулираната кожа е покрита с нано-коприна, температурата на кожата е била с около 8 ℃ и 12.5 ℃ по-ниска от тази на симулираната кожа, покрита съответно с естествена коприна или памук. Горните резултати показват, че нано-коприната има отлични охлаждащи свойства поради комбинацията от подобреното ѝ отражение на слънчевата светлина и присъщите ѝ свойства на топлинно излъчване, които минимизират вложената топлина, и тези свойства не се влияят от нанообработката.

Изследователите също така тестваха колко удобна е коприната за носене. Резултатите показаха, че пропускливостта на водните пари на нано-коприната е подобна на тази на естествената коприна и Tyvek, но малко по-висока от тази на памука. Под покритието от Al2O3 наночастици, разстоянието на засмукване на сърцевината на коприната все още е 10 мм, сравнимо с естествената коприна; Перенето на копринената тъкан беше тествано чрез пране и сушене на слънце.

Термичен и носителен тест на нано коприна