Prezentacja_NanoPe_ Sreniawska_Wozny

Nanopory –
oszczędność energii?
Fizyka Medyczna IV
Magdalena Woźny
Maria Śreniawska
Za gorąco?
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.
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
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
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.
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.
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.
Saharyjska srebrna mrówka
Zalety te przyczyniają się do obniżenia temperatury (Cataglyphis bombycina)
ciała mrówki o 5 aż nawet do 10 stopni Celsjusza.
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.
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.
Bibliografia:
• S.V. Boriskina. ”Nanoporous fabrics could keep you
cool.” Science. Vol. 353, September 2, 2016, p.
986. University of Washington
• http://www.washington.edu/news/2015/06/18/saharansilver-ants-use-hair-to-survive-earths-hottesttemperatures/, dostęp 21.10.2016