Nanopory oszczędność energii? Fizyka Medyczna IV Magdalena Woźny Maria Śreniawska

Transkrypt

1 Nanopory oszczędność energii? Fizyka Medyczna IV Magdalena Woźny Maria Śreniawska

2 Za gorąco?

3 Organizm ludzki jest prawie idealnym emiterem promieniowania cieplnego w podczerwieni. Konwencjonalne materiały, z których zrobione są ubrania, blokują to promieniowanie przez co nasz organizm się dodatkowo ogrzewa. Aby temu zapobiegać w upalne dni, na rynku pojawiają się ubrania wykonane specjalną techniką dzięki, której nie przegrzewamy się.

4 Porównanie własności różnych materiałów Standardowy materiał używany do produkcji ubrań np. bawełna, poliester Nanoporowaty polietylen (nanope), materiał w trakcie badań i udoskonalania Zwykły polietylen np. woreczek śniadaniowy

5 NanoPe zawiera pory o średnicy od 50 do 1000 nm. Te wielkości umożliwiają transmitancję promieniowania o długości fal większych niż 2 μm. Dzięki temu swobodnie może przechodzić przez niego promieniowanie podczerwone wygrzewane przez organizmy, którego długość fali wynosi od 7 do 14 μm, ale jest całkowicie nieprzezroczysta w widzialnym spektrum. Idealny rozkład wielkości nanoporów ustawia ten materiał poza tradycyjnymi materiałami takimi jak tkaniny z włókien bawełnianych i poliestrowych o wymiarach porównywalnych z długością fali emisji cieplnej ciała. Poliester Bawełna NanoPolietylen

6 Wzór chemiczny polietylenu W typowym materiałach włókienniczych występują wiązania C-O, C-N i S=O, to one właśnie są powodem absorpcji podczerwieni w zakresie widma. Polietylen nie posiada takich wiązań, co czyni go przezroczystym dla promieniowania IR, a przez to niekonwencjonalnym materiałem do tworzenia ubrań.

7 Zmodyfikowany Polietylen Materiał nanope trzeba jednak zmodyfikować, by zwiększyć komfort noszenia tkaniny. Badacze poprawili jego oddychalność oraz dodali funkcjonalność odparowywania wody poprzez chemiczną modyfikację, wtedy tkanina jest hydrofilowa.

8 Natura już od bardzo dawna wymyśliła taką technologię. Jednym z bardziej efektownych przykładów naturalnej nanotechnologii jest owłosienie saharyjskiej srebrnej mrówki. Kolumbijscy naukowcy odkryli, że mrówki te są pokryte od góry i po bokach ciała włoskami o unikatowym kształcie, ponieważ w przekroju maja kształt trójkąta, które ochładzają je w dwojaki sposób: rozpraszają i odbijają światło słoneczne unikając tym sposobem przegrzania przez absorpcje. jednocześnie są przepuszczalne dla długości fali odpowiadających promieniowaniu podczerwonemu by tracić ciepło. Zalety te przyczyniają się do obniżenia temperatury ciała mrówki o 5 aż nawet do 10 stopni Celsjusza. Saharyjska srebrna mrówka (Cataglyphis bombycina)

9 Wiele pozostaje jeszcze do zrobienia, by wprowadzić technologię radiacyjnego chłodzenia na rynek odzieżowy. Potrzeba dużo badań, by syntezowane materiały zapewniały wymagany poziom przepuszczalności dla promieniowania podczerwonego połączony z wysokim poziomem komfortu dla użytkownika i trwałością. Dodatkowo farby i barwniki przepuszczające promieniowanie podczerwone muszą być zbadane i syntezowane tak, by utrzymać chłodzenie w kolorowych tkaninach.

10 Tak, oszczędność energii. If you can cool the person rather than the building where they work or live, that will save energy. Yi Cui, an associate professor of materials science and engineering at Stanford and of photon science at SLAC National Accelerator Laboratory. Założenie ubrań wykonanych w opisanej technologii powoduje, że można podwyższyć temperaturę klimatyzacji przy zachowaniu takiego samego poziomu komfortu termicznego osoby siedzącej w klimatyzowanym pomieszczeniu. W zależności od klimatu, wzrost temperatury klimatyzacji od 1 do 4 stopni Celsjusza może zaoszczędzić do 45% energii potrzebnej do chłodzenia budynku. Oznacza to, że dzięki użyciu takich ubrań w życiu codziennym jesteśmy w stanie zaoszczędzić energię.

11 Bibliografia: S.V. Boriskina. Nanoporous fabrics could keep you cool. Science. Vol. 353, September 2, 2016, p University of Washington dostęp