灵感来自鱿鱼圈的牙齿,一个多学科团队发明了一种新的方法来制造智能材料,包括面料,可以调节自己的热性能
机械工程

弗吉尼亚大学的机械工程师和材料科学家,与宾夕法尼亚州立大学材料科学家合作,马里兰大学和国家标准与技术研究所已经发明了一种“转换效应”对热导率和机械性能,可以纳入材料包括纺织品和服装的制作。

使用热传输原理结合生物聚合物受到鱿鱼圈的牙齿,团队学习可以动态调节材料的热性能,绝缘和冷却之间来回切换,基于存在的水。

发明拥有更大的潜力为各种新设备和材料


发明带来了各种新设备和材料的调节温度和热流随需应变的能力,包括“智能”面料。

”热导率的转换效果是非常理想的许多应用程序,包括体育、”约翰·Tomko说博士生在UVA的材料科学与工程系和一篇关于发明的第一作者最近发表在“自然纳米技术”。

”这种材料具有潜在的革命性活跃的穿,释放的可能性的衣服可以动态地应对身体热量,调节温度。例如,生物聚合物的导热系数很低,而干燥,本质上存储的身体热量,保持运动员(和他或她的肌肉)温暖而不活跃。

”当佩戴者开始出汗,材料可能成为水化和立即增加它的热导率,让这个身体热量通过材料和运动员降温。当人做培训和汗水蒸发,材料可以回到一个绝缘状态和穿着者保持温暖。

”虽然这听起来可能高度专业化和专业运动员,这将是同样有用从服装公司的角度来看,”Tomko说正在进行的研究的一部分ExSite集团由帕特里克·霍普金斯教授领导的UVA的机械和航空航天工程部门,材料科学与工程和物理。

衣服用技术会比市面上可用


服装用这项技术将会是一个比今天市场上因为材料的非常广泛的技术能力。例如,摇粒绒通常要求不同的权重来适应不同温度和活动水平的组合。

新材料可以容纳在一个服装这整个运动的场景。羊毛被认为是透气,一个被动的状态,但生物聚合物材料将积极开展热的服装。

”而实现热能和机械智能面料是这方面的一个重大进步,能够提供如此大的和可逆的改性材料热导率的“随需应变”有潜力改变游戏规则的应用程序,”霍普金斯说,Tomko博士顾问和副主管与宾夕法尼亚州立大学Melik德米雷尔教授研究工作。

”材料的热导率通常被认为是静态的,固有特性的材料。我们显示的是,你可以“开关”材料的热导率以类似的方式,你可以打开或关闭一个灯泡通过墙上的开关,只有而不是使用电,我们可以使用水来创建这个开关。这将允许动态和可控的方式来调节温度和/或热流的材料和设备。

更有效的回收余热发电


”这个开/关热导率的大小足够大,我们可以设想应用程序不仅包括智能织物,但也更有效的回收余热发电、为使self-thermally调节电气设备,风力和水力发电或创造新的途径。””

创建“可编程”的过程材料制造商和环境可能是好消息。通常纺织企业必须依靠不同种类的纤维和不同生产过程创造服装具有不同的属性,但是这些材料的可调方面意味着绝缘和冷却属性可以创建相同的过程。这将导致更低的制造成本和减少碳排放。

鱿鱼圈的牙齿,使可编程的材料,是一个鼓舞人心的宾夕法尼亚州立大学科学研究首次发现的新途径。这些生物材料包含独特的性能,如强度,自愈性和生物相容性,使其特别适合于编程在分子水平上,在这种情况下热监管。

对环境更好的消息


这是对环境更好的消息,因为他们可以从鱿鱼的吸盘或可以通过工业发酵生产的综合可持续的资源。

Tomko和霍普金斯的研究的合作者押顿Pena-Francesch,前博士。宾夕法尼亚州立大学的学生,现在冯洪堡研究员斯图加特,马克斯普朗克研究所德国;Huihun荣格,博士生在宾夕法尼亚州立大学工程科学和力学;马Tyagi马里兰大学的研究员,国家标准与技术研究所;本杰明·D·艾伦,研究助理宾夕法尼亚州立大学生物化学和分子生物学教授;威廉希尔中国注册德米雷尔,工程科学和力学教授,宾夕法尼亚州立大学研究中心先进的光纤技术。

”中子散射的美丽和独特的力量帮助我们解决难题的串联重复单位真正影响水化样品中观察到的热导率,随着重水就变得“看不见”中子!!

”我们发现非晶链的增加,“改变”的动态,实际上,负责这个水化样品热导率增加,”Tyagi说。

研究将改变我们研究软物质的热性能


”我相信这项研究将改变我们研究热软物质的性质,特别是蛋白质和聚合物,通常使用中子作为硬凝聚态,大多数的工作都是在这方面。””

Tomko和同伴UVA工程人员,随着来自UVA达顿商学院的研究生,赢得第一名在巴塔哥尼亚今年春天户外服装公司竞争来确定最好的想法实现碳中和。

原材料生产负责巴塔哥尼亚的碳排放总量的80%左右,很大程度上归因于生产涤纶面料来自化石燃料。UVA团队建议公司过渡到生物高聚物纺织品、可以设计仅仅来自可再生资源。

新材料和功能比涤纶和羊毛替代品不依赖化石燃料。

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弗吉尼亚大学的机械工程师和材料科学家,与宾夕法尼亚州立大学材料科学家合作,马里兰大学和国家标准与技术研究所已经发明了一种“转换效应”对热导率和机械性能,可以纳入材料的制造,包括……