Det krever mye energi å justere temperaturen til et komfortabelt område. Derfor er mye forskning for tiden viet til å utvikle passive personlige termiske styringsteknologier som kan redusere kroppstemperaturen uten energiforbruk. Selv om ulike designmetoder for kjøling av tekstiler har blitt foreslått av tidligere forskere, har tekstilbasert strålingskjøling på dagtid under omgivelsestemperatur ikke blitt oppnådd. En ny studie viser at de optiske egenskapene til silke skyldes dens lagdelte mikrostruktur, noe som gir en lovende retning for forskere å utforske strålingskjøling på dagtid.

Nylig utforsket et forskerteam fra Nanjing University og Stanford University nanoprosessering av silke gjennom molekylær bindingsdesign og en metode med immersionsbelegg assistert med utvidbar koblingsmiddel, og beviste at silke-nanoprosessering kan oppnå subambient kjøling under dagtid under stråling. Relatert forskning ble publisert i Nature Nanotechnology med tittelen «Subambient Daytime Radiative Cooling textile Based on Nanoprocessed Silk».

Design av nanosilke

Forskerne behandlet silken med et strekkbart koblingsmiddelassistert dyppebelegg, og silken beholdt sin opprinnelige brukbarhet. I tillegg, for å forbedre reflektiviteten i det ULTRAVIOLETTE båndet, ble uorganiske oksidnanopartikler med høy brytningsindeks bundet til silken ved hjelp av molekylær bindingsstrategi med koblingsmiddel. Samtidig forbedres også reflektansen i det visibon-nær-infrarøde båndet, og den totale reflektansen til silke i hele solspekteret kan nå omtrent 95 %.

Design av dagsstrålingskjøling for nanosilke

Forberedelse og karakterisering

Mie-spredningsteorien ble brukt til å beregne spredningseffektiviteten til Al2O3-partikler i UV-spekteret som en funksjon av partikkelstørrelse, og Al2O3-nanopartikler med en størrelse på omtrent 300 nm ble bestemt for bruk i påfølgende eksperimenter. Tetrabutyltitanat ble valgt som koblingsmiddel, og Al2O3-partikler ble festet til silke. Det er funnet at tetrabutyltitanat kan danne hydrogenbindinger med hydroksylgruppen på Al2O3-overflaten og redusere agglomereringen av Al2O3-partikler. I tillegg kan tetrabutyltitanat danne sterke kovalente bindinger med aminosyrer i silke. Derfor dannes sterk adhesjon mellom Al2O3-partikler og silke gjennom denne molekylære bindingsdesignstrategien.

Fremstilling og karakterisering av nanosilk

Ytelsestesten

Forskerne testet naturlig silke og nanosilkesilke under kontinuerlig strålingskjøling i 22 timer. Studien fant at temperaturen på naturlig silke er lavere enn omgivelsestemperaturen om natten på grunn av varmeutløsning, men på dagtid (9:00 ~ 17:00) er temperaturen vanligvis høyere enn omgivelsestemperaturen. I motsetning til dette var temperaturen på nanosilken gjennomgående lavere enn omgivelsestemperaturen både på dagtid og om natten, og gjennomsnittstemperaturen på nanosilken var fortsatt omtrent 3.5 °C lavere enn omgivelsestemperaturen klokken 15:00 da solinnstrålingen oversteg 800 W·m⁻².

Test av strålingskjølingsytelse for naturlig silke og nanosike

Forskerne testet også kjøleegenskapene til silke som dekker simulert hud i sollys. Den simulerte huden består av en isolert, fleksibel varmeelement av silikongummi. Resultatene viste at når den simulerte huden var dekket med nanosike, var hudtemperaturen omtrent 8 ℃ og 12.5 ℃ lavere enn for den simulerte huden dekket med henholdsvis naturlig silke eller bomull. Resultatene ovenfor viser at nanosilken har utmerkede kjøleegenskaper på grunn av kombinasjonen av forbedret solrefleksjon og iboende termiske strålingsegenskaper, som minimerer varmetilførselen, og disse egenskapene påvirkes ikke av nanobehandlingen.

Forskerne testet også hvor behagelig silken var å ha på seg. Resultatene viste at vanndampgjennomtrengeligheten til nanosilk var lik den til naturlig silke og Tyvek, men litt høyere enn den til bomull. Under dekke av Al2O3-nanopartikler er kjernesugeavstanden til silken fortsatt 10 mm, sammenlignbar med naturlig silke. Silkestoffets vaskbarhet ble testet ved vask og soltørking.

Termisk og slitestyrketest av nanosilk