来源：期刊VIP网所属分类：业内新闻发布时间：2023-12-18浏览：次
人体为了保持舒适和安全，必须在一定的温度范围内运作。体温调节服装在维持体温和舒适度方面起着至关重要的作用。这些服装主要分为两类：被动式和主动式。被动式体温调节服装包括辐射冷却、相变和吸附系统，其优点在于不需要外部能量输入。主动型体温调节服装则更有利于人体按需快速降温或升温。
然而，在昼夜循环、极地严寒和太空旅行等严酷的应用场景中，体温调节服装面临着挑战。为了应对这些挑战，南开大学的陈永胜教授、马儒军教授、刘永胜教授联合开发了一种灵活且可持续的个人体温调节服系统。
该系统集成了可直接从太阳光中获取能量的柔性有机光伏(OPV)模块和双向电致发光(EC)装置。柔性OPV-EC体温调节服(OETC)可将人体热舒适区从22°-28°C扩展到12.5°-37.6°C，并具有快速的体温调节速率。EC设备能耗低、效率高，只需12小时的阳光能量输入，即可实现24小时的可控双模式体温调节。
这种自供电的可穿戴体温调节平台结构简单、设计紧凑、效率高、自适应能力强，以太阳光为唯一能源。它是可穿戴技术的创新方法，为应对温度变化带来的挑战提供了可持续且响应迅速的解决方案。相关研究成果以题为“Self-sustaining personal all-day thermoregulatory clothing using only sunlight”发表在最新一期《Science》上。
作者为OETC系统中的阳光能量收集单元制造了厚度仅为180μm的大型柔性OPV模块。OETC的温度调节单元，作者选择聚(偏二氟乙烯-三氟乙烯-氯氟乙烯)[P(VDF-TrFE-CFE)]，主要是因为它的熵变大，接近室温时绝热温变大，机械柔性好。在阳光下，OPV组件高效地将太阳能转化为电能，直接驱动EC装置，提供制冷效果(图1)。在黑暗中，该OETC系统可以利用ESS提供的储存能量在环境寒冷时维持体温，从而实现全天(白天/夜间)运行。制冷模式和制热模式可随时切换，实现个性化热舒适。
【OETC系统制冷/制热模式工作原理、在不同工作场景下的温度跨度】
本文展示了由一个OPV模块和两个EC单元组装而成的灵活OETC温度调节系统的照片(图2A)。这种紧凑的组装方式可以根据需要为人体提供有效的制冷/加温。OETC系统的冷却模式(图2B)的工作机制与电源供电相同，但在OETC系统中可以直接通过OPV模块产生的电力为其供电(见图2B)。冷却模式包括以下步骤：(i)静电驱动EC聚合物堆叠朝向顶部柔性传热层(作为具有大热容量的散热器;(ii)通过在EC聚合物叠层上施加电场来加热EC聚合物叠层，从而将热量从EC聚合物叠层传递到柔性传热层[图2B，(1)];(iii)EC聚合物叠层静电驱动至人体皮肤底部(作为热源);(iv)通过去除电场来冷却EC聚合物堆叠，从而将热量从人体皮肤传递到EC聚合物堆叠，实现皮肤冷却的一个循环[图2B，(2)]。对于升温模式，通过改变上述四个步骤的顺序，将热量传递向相反方向来实现升温，只需调整方波电压的相位即可实现。相应地，加温模式与制冷模式具有类似的步骤，但具有相反的传热效果：(i)EC聚合物堆叠静电驱动至需要加温的底部人体皮肤;(ii)通过在EC聚合物堆叠上施加电场来加热EC聚合物堆叠，从而将热量从EC聚合物堆叠传递到人体皮肤(作为散热器)[图2B，(3)];(iii)EC聚合物叠层静电驱动至顶部柔性传热层(作为热源);(iv)通过去除电场来冷却EC聚合物堆叠，从而将热量从柔性传热层传递到EC聚合物堆叠，以完成一个皮肤加温循环[图2B，(4)]。通过这两种工作模式，可以根据需要实现制冷和升温的双向可控温度调节。OETC系统在不同光照强度下均表现良好，当光照强度为标准AM1.5G太阳光(100mW/cm2)时，最大温度跨度可达2.9K(图2C-E)。同时，EC器件具有良好的阵列协同性(图2F)。
柔性OPV-EC体温调节服 (OETC) 可以将人体热舒适区从 22°–28°C 扩展到 12.5°–37.6°C，并具有快速的体温调节速率。EC器件的低能耗和高效率允许24小时可控双模式温度调节，并具有12小时的太阳光能量输入。该自供电可穿戴体温调节平台结构简单，设计紧凑，效率高，以太阳光为唯一能源，自适应性强。
相关文章以“Self-sustaining personal all-day thermoregulatory clothing using only sunlight”为题发表在Science上。
期刊VIP网，您身边的高端学术顾问
文章名称： 南开大学最新Science：全天候双模柔性OPV-EC个人体温调节服装系统！
文章地址： http://www.qikanvip.com/qikannews/yenei/65008.html
