工程师们已经开发出一种可穿戴的贴片,可以在家里提供个性化的制冷和供暖。工作,或者在路上。它由一个灵活的,可伸缩电池组,可嵌入衣物中。研究人员说,戴上它有助于节省空调和暖气的能源。
技术

加州大学圣地亚哥分校的工程师们开发了一种可穿戴的贴片,可以在家里提供个性化的制冷和供暖。工作,或者在路上。柔软,弹性贴片可以将用户的皮肤冷却或加热到一个舒适的温度,并随着环境温度的变化保持在那里。

它由一个灵活的,可伸缩电池组,可嵌入衣物中。研究人员说,戴上它可以帮助节省空调和暖气的能量。

陈仁昆说:“这种设备可以改善你的个人热舒适性,无论你是在炎热的日子上下班还是在办公室里感到太冷。”加州大学圣地亚哥分校的机械和航空航天工程教授,领导了这项研究。

概念验证阶段的设备


设备,在概念验证阶段,也可以节省能源。“如果戴上这个装置,你会在更大的温度范围内感到舒适,你不需要在夏天把恒温器调低那么多,或者在冬天把暖气调低那么多,”陈说。

夏季保持建筑物的设定温度高12度,例如,可以将冷却成本降低70%左右,他说。

市场上有各种个人制冷和供暖设备,但它们不是最方便佩戴或随身携带的。有些人用扇子,还有一些需要浸泡或充满液体,比如水。

陈和加州大学圣地亚哥分校雅各布工程学院的一组研究人员设计了他们的设备,使其舒适、方便佩戴。它很灵活,重量轻,可以很容易地融入衣服中。

该贴片由热电合金制成,这种材料利用电力产生温差,反之亦然,夹在弹性弹性体板之间。该设备可以将皮肤冷却或加热到佩戴者选择的温度。

“你可以把它放在比身体其他部位更快地热身或降温的地方,比如后面,脖子,脚或手臂,为了在天气太热或太冷时保持舒适,”第一作者sahngki hong说,加州大学圣地亚哥分校的机械工程校友,曾在陈的实验室做过该项目的博士生。

研究人员将贴片的原型植入一个网状臂带,并在一名男性受试者身上进行了测试。试验在温度控制的环境中进行。

两分钟后,贴片将测试人员的皮肤冷却到设定温度89.6华氏度。当环境温度在71.6至96.8华氏度之间变化时,它使测试人员的皮肤保持在该温度。

智能服装的组成部分


最终的目标是将多个补丁结合在一起,创造出智能服装,可用于个性化的冷却和加热。所以工程师们设计了一个可以伸展的软电子补丁,在不影响其电子功能的情况下弯曲和扭曲。

这项工作是加州大学圣地亚哥分校雅各布工程学院几个研究小组的合作。陈的实验室,专门从事传热技术,领导这项研究。

他们与纳米工程教授盛旭合作,拉伸电子专家,孟雪莉,电池技术专家,刘平,他也是电池专家,王约瑟,可穿戴传感器专家。

研究人员利用由碲化铋合金制成的热电材料制成的小柱来制作这一补丁。把它们焊接到薄的铜电极条上,把它们夹在两块弹性体板之间。

这种床单经过特殊设计,既能传导热量,又柔软又有弹性。研究人员将一种叫Ecoflex的橡胶材料与氮化铝粉末混合,制成了这种片材。具有高导热性的材料。

该贴片利用电流将热从一个弹性体板传递到另一个弹性体板。当电流流过碲化铋柱时,它带动热量,使补丁的一边升温,另一边降温。

“冷却,陈说:“我们有电流将热量从皮肤侧抽到面向外面的那一层。”“加热,我们只是把电流反向,这样热量就可以从另一个方向抽出来。”

补丁由一个灵活的电池组供电。它由一排硬币电池组成,所有这些硬币电池都由弹簧状铜线连接,并嵌入一种可伸缩的材料中。

节能


一个补丁大小为5×5厘米,耗电量高达0.2瓦。陈的团队估计需要144块补丁来制作一件降温背心。

在平均炎热的一天里(在极热的时候),这总共需要大约26瓦特来保持一个人的凉爽。估计用电量将上升到80瓦,这就是笔记本电脑的使用量)。相比之下,传统的空调系统用几十千瓦的电来冷却整个办公室。

给一个人降温比给一个大房间降温更节能,研究人员说。“如果房间里只有少数人,你基本上每人要消耗数千瓦的冷却能量。像补丁这样的设备可以大大减少制冷费用,”陈说。

该小组现在正在研究可以嵌入原型冷却和加热背心的补丁。他们希望在几年内把这项技术商业化。

“我们已经解决了基本问题,现在我们要解决的是重大的工程问题——电子,硬件,开发一个移动应用程序来控制温度,”陈说。

这项工作最近发表在《科学进展》杂志上。

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加州大学圣地亚哥分校的工程师们开发了一种可穿戴的贴片,可以在家里提供个性化的制冷和供暖。工作,或者在路上。柔软,弹性贴片可将用户皮肤冷却或加热至舒适的温度,并保持环境温度不变…