Superisoleret tøj kunne eliminere behovet for indendørs opvarmning

(Phys.org) – Ved at bære tøj, der er blevet dyppebelagt i en sølv nanotråd (AgNW) opløsning, der er stærkt strålingsisolerende, en person kan holde sig så varm om vinteren, at de i høj grad kan reducere eller endda eliminere deres behov for opvarmning af deres hjem. I betragtning af at 47 % af den globale energi bruges på indendørs opvarmning, og 42 % af det specifikt til boligopvarmning, sådan meget isolerende beklædning kan potentielt have store omkostningsbesparelser.

Et team af forskere ledet af professor Yi Cui, sammen med ph.d.-studerende Po-Chun Hsu og andre ved Stanford University, har udgivet et papir om de AgNW-belagte tekstiler i et nyligt nummer af Nano bogstaver .

Som forskerne forklarer, de fleste strategier til at reducere indendørs opvarmning fokuserer på at forbedre isoleringen af ​​bygningerne, ved at bruge høj R-værdi isolering og lavemissionsvinduer. Imidlertid, en stor del af energien spildes stadig på at opvarme tomt rum og livløse genstande.

For at undgå dette spild, forskerne har brugt en ny strategi kaldet "personlig termisk styring, " som fokuserer på at opvarme mennesker. De har vist, at tøj dyppet i en opløsning af metalliske nanotråde, såsom AgNW'er, opnår dette mål ved både at give passiv isolering og give mulighed for aktiv opvarmning, når den er tilsluttet en ekstern strømkilde.

Den største fordel ved det AgNW-coatede tøj er, at det reflekterer over 90 % af en persons kropsvarme (dvs. infrarød stråling) tilbage til individet. Denne reflektans er meget højere end selv den varmeste uldtrøje, da det gennemsnitlige tøjmateriale kun reflekterer omkring 20 % af kropsvarmen.

Denne stigning i reflektans skyldes forskelle i materialernes emissivitet, som er et mål for varmestråling. Lavemissionsmaterialer som sølv, som har en emissivitet på 0,02, udsender mindre stråling og giver derfor meget bedre isolering end højemissionsmaterialer som almindelige tekstiler, som har en emissivitet på ca. 0,8.

Selvfølgelig, at bære tøj lavet helt af sølv ville være upraktisk og ubehageligt, for ikke at nævne dyre. En hovedårsag til dette ubehag er, at sølv, som alle metaller, er ikke åndbar. For eksempel, Mylar tæpper, som er lavet af aluminium og plastik, er ekstremt varme, men er ikke dampgennemtrængelige, forårsager fugt til at samle sig på en persons hud.

Det nye AgNW-coatede tøj, på den anden side, er åndbar på grund af nanotrådenes porøse struktur. Den store afstand mellem nanotråde på omkring 300 nm giver masser af plads til vanddampmolekyler, som er omkring 0,2 nm, at passere igennem. 300-nm afstanden er stadig alt for lille til at tillade kropsvarme at passere igennem, da menneskelig kropsstråling har en bølgelængde på omkring 9 µm og derfor interagerer med nanotrådskluden, som om den var en kontinuerlig metalfilm, og afspejles.

Tøj belagt med AgNW'er ville føles praktisk talt identisk med normalt tøj, fordi der kræves en så lille mængde AgNW-opløsning for at opnå høj reflektivitet. Dip-coating bomuldsklud i AgNW opløsningen tilføjer en masse på kun 0,1 g/m ² , hvilket ville være mindre end 1 gram for et helt outfit. Kun en lille del af denne masse er sølv, så omkostningerne ville være relativt billige. Brug af andre metaller såsom kobber, nikkel, eller aluminium, som har lignende egenskaber som sølv, kunne reducere omkostningerne yderligere.

Udover at give høje niveauer af passiv isolering, AgNW-belagt tøj kan også give Joule-opvarmning, hvis det er tilsluttet en elkilde, såsom et batteri. Forskerne viste, at så lidt som 0,9 V sikkert kan hæve tøjtemperaturen til 38 °C, hvilket er 1 °C højere end den menneskelige kropstemperatur på 37 °C.

Variabler såsom udendørstemperatur, længden af ​​vintersæsonen, og boligstørrelse gør det svært at beregne præcis, hvor meget energi en person ville spare ved at bære AgNW-belagt tøj. Imidlertid, forskerne har beregnet et groft besparelsesestimat på 8,5 kWh varmeenergi pr. person pr. dag, eller 1, 000 kWh om året, forudsat at varmeanlægget er i drift i fire måneder om året. Dette estimat er baseret på den gennemsnitlige person, der kræver 367 W varmeeffekt, sammenlignet med 12 W, der kræves af AgNW-coatingbeklædningen, når den er aktiv.

Forskerne bemærker, at en 1, 000 kWh besparelse i strømforbrug svarer til den strøm, der genereres af et 2 kvadratmeter stort solpanel. Plus, fremstilling, installation, og vedligeholdelse af solpanelet ville sandsynligvis koste meget mere end det AgNW-belagte tøj.

Når du tester holdbarheden af ​​det AgNW-coatede tøj, forskerne fandt ud af, at tøjet kunne modstå flere vaskecyklusser og samtidig bevare dets elektriske egenskaber. Overraskende nok, den elektriske modstand faldt efter de første to vaskecyklusser, muligvis på grund af fjernelse af ekstra belægning på AgNW'er og en stigning i pakningstæthed af nanotrådsnettet, og modstanden stabiliserede sig efter den tredje vaskecyklus.

Forskerne fremstillede og testede også tøj belagt i en kulstof nanorør-opløsning. Imidlertid, selvom kulstofnanorør er ledende og derfor velegnede til Joule-opvarmning, deres høje emissivitet på 0,98 gør dem ikke i stand til at reflektere kropsvarmen nær så godt som AgNW-belægningen.

© 2015 Phys.org