新型節能取暖方法：將高科技補丁縫到衣服中！

近日，美國羅格斯大學與俄勒岡州立大學的工程師們找到了一條低成本的途徑，採用強光脈衝將銀線與聚酯纖維融合到一起，製造出超薄、耐用的加熱補丁。

背景

冬天到了，天氣愈發寒冷。為了取暖，我們通常會想到打開空調或者取暖器。然而，據相關研究評估稱，全球47%的能量都用於室內加熱，42%的能量浪費在加熱「空蕩蕩」的空間與物體上，並非用於加熱人體。

為了應對全球能源危機（全球變暖的主要因素），我們需要大幅削減用於室內加熱的能量。

創新

今天，筆者要為大家介紹一種新的「取暖」方法，它就是可縫入衣服中的高科技柔性補丁。這種柔性補丁不僅可用於取暖，還可大幅降低電費與碳足跡。

近日，美國羅格斯大學與俄勒岡州立大學的工程師們找到了一條低成本的途徑，採用強光脈衝將銀線與聚酯纖維融合到一起，製造出超薄、耐用的加熱補丁。羅格斯大學領導的這項研究在《科學報告 （Scientific Reports）》期刊上發表。研究稱，這種補丁比其他研究人員創造的補丁的加熱性能要高將近70%。

下圖展示了如何採用氙燈的強光脈衝將微型銀線與聚酯纖維織物融合起來，從而製造出個人加熱補丁。

（圖片來源：Hyun-Jun Hwang 與 Rajiv Malhotra/羅格斯大學新布朗斯維克校區）

技術

論文高級作者、羅格斯大學新布朗斯維克校區工學院機械與航空航天工程系助理教授 Rajiv Malhotra 表示：「在建成環境中，我們浪費了許多能量在加熱建築上，而不是選擇性地加熱人體。因此，這項技術非常重要。」

羅格斯大學與俄勒岡州立大學的工程師們採用「脈衝強光燒結」技術以及高能光脈衝，將銀納米線（厚度為人類頭髮絲的幾千分之一）融合到聚酯纖維面料中，製造高效、柔性、耐用、廉價的加熱補丁。美國科學基金會和美國製造業創新基金贊助的這項研究稱，這項工藝需要的時間為萬分之三秒。

下圖所示：(a)用於銀納米線織物的IPL燒結系統與(b)融合銀納米線織物採用銀膏將銀膏銅帶粘貼在織物上，施加直流電壓並測量織物補丁的電阻。

（圖片來源：參考資料【2】）

下圖所示：IPL燒結的銀納米線織物的電氣特性。不同輻照度和脈衝寬度(a) Dip-3 (b) Dip-5，IPL燒結的銀納米線織物的表面電阻。(c) 銀納米線纖維半暴露在脈衝持續時間 500?μs 、IPL輻照度 6?kW·cm?2 的環境中。

（圖片來源：參考資料【2】）

價值

這些補丁並不昂貴，可通過紐扣電池供電，並且能在人體需要時產生熱量，因為它們可以縫合到衣服中。

專註於按需加熱人體的「個人熱管理」，是一個新興的潛在解決方案。有朝一日，這樣的補丁將用於室外加熱人體。

與最先進的熱補丁技術相比，羅格斯大學與俄勒岡州立大學創造的每個補丁面積上產生的熱量更多，且在彎曲、洗滌之後以及在潮濕和高溫的環境中更加耐用。

未來

後續的步驟包括：檢驗這種方法能否用於創造智能織物，包括基於補丁的感測器與電路。工程師們也想要判斷需要多少補丁，以及他們應該在人體什麼部位安裝補丁以保持人體舒適，同時降低室內能耗。

關鍵字

節能、取暖、智能織物

參考資料

【1】https://news.rutgers.edu/energy-efficient-way-stay-warm-sew-high-tech-heating-patches-your-clothes/20181212#.XBAhfXRKi70

【2】Hyun-Jun Hwang, Harish Devaraj, Chen Yang, Zhongwei Gao, Chih-hung Chang, Howon Lee, Rajiv Malhotra.Rapid Pulsed Light Sintering of Silver Nanowires on Woven Polyester for personal thermal management with enhanced performance, durability and cost-effectiveness. Scientific Reports, 2018; 8 (1) DOI: 10.1038/s41598-018-35650-7

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