我科研人員制備出全天候人體熱管理系統(tǒng)

我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》在線發(fā)表了南開大學科研團隊的最新研究成果——僅用太陽光驅(qū)動的全天候自持續(xù)人體熱管理衣物。由南開大學化學學院教授陳永勝、材料科學與工程學院教授馬儒軍、化學學院教授劉永勝組成的科研團隊，設(shè)計、制備了一種柔性且可持續(xù)的個人體溫調(diào)節(jié)系統(tǒng)。

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

　　相對恒定的體溫是維持人體正常生命活動的重要條件之一。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，無法長時間運轉(zhuǎn)。而且其有限的能量供應，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展。”陳永勝說。

　　研究團隊基于前期在柔性太陽能、電卡以及熱管理等方面取得的進展，研究設(shè)計制備了柔性太陽能電池模塊和柔性電卡熱管理模塊。研究人員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。使人體在太陽光（高溫）下實現(xiàn)降溫，在黑暗（低溫）中實現(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，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。將其用于衣物上，又不會影響穿著體驗。

　　此外，團隊還基于前期在有機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)了潛在的應用前景，但也有一些重要科學和技術(shù)問題有待解決，比如進一步提升能源效率，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。”（記者陳曦 通訊員李享）

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