Ci vuole molta energia per regolare la temperatura a un intervallo confortevole. Pertanto, gran parte del lavoro di ricerca è attualmente dedicato allo sviluppo di tecnologie passive di gestione termica personale in grado di ridurre la temperatura corporea senza alcun dispendio energetico. Sebbene i ricercatori precedenti abbiano proposto vari metodi di progettazione per il raffreddamento dei tessuti, il raffreddamento tramite radiazione diurna basato sui tessuti al di sotto della temperatura ambiente non è stato raggiunto. Un nuovo studio mostra che le proprietà ottiche della seta sono dovute alla sua microstruttura stratificata, che fornisce ai ricercatori una direzione promettente per esplorare il raffreddamento delle radiazioni diurne.

Recentemente, un gruppo di ricerca dell’Università di Nanchino e dell’Università di Stanford ha esplorato la nanolavorazione della seta attraverso la progettazione di legami molecolari e il metodo di rivestimento ad immersione assistito da agenti di accoppiamento estensibile, e ha dimostrato che la nanolavorazione della seta può ottenere un raffreddamento delle radiazioni subambientali diurne. Una ricerca correlata è stata pubblicata su Nature Nanotechnology dal titolo "Subambient Daytime Radiative Cooling Textile Based on Nanoprocessed Silk".

Progettazione della nano-seta

I ricercatori hanno trattato la seta con un rivestimento ad immersione assistito da un agente di accoppiamento estensibile e la seta ha mantenuto la sua vestibilità originale. Inoltre, al fine di migliorare la riflettività nella banda ULTRAVIOLETTA, nanoparticelle di ossido inorganico con alto indice di rifrazione sono state legate alla seta mediante una strategia di legame molecolare utilizzando un agente di accoppiamento. Allo stesso tempo, viene migliorata anche la riflettanza della banda visibile nel vicino infrarosso e la riflettanza totale della seta nell'intero spettro solare può raggiungere circa il 95%.

Progettazione del raffreddamento mediante radiazione diurna per la nano seta

Preparazione e caratterizzazione

Per calcolare l'efficienza di diffusione delle particelle di Al2O3 nello spettro UV è stata utilizzata la teoria dello scattering di Mie in funzione della dimensione delle particelle e si è stabilito che le nanoparticelle di Al2O3 con una dimensione di circa 300 nm saranno utilizzate per gli esperimenti successivi. Il titanato di tetrabutile è stato selezionato come agente di accoppiamento e le particelle di Al2O3 sono state attaccate alla seta. Si è scoperto che il titanato di tetrabutile può formare un legame idrogeno con il gruppo ossidrile sulla superficie di Al2O3 e ridurre l'agglomerazione delle particelle di Al2O3. Inoltre, il titanato di tetrabutile può formare forti legami covalenti con gli amminoacidi nella seta. Pertanto, attraverso questa strategia di progettazione del legame molecolare si forma una forte adesione tra le particelle di Al2O3 e la seta.

Preparazione e caratterizzazione della nano-seta

La prova delle prestazioni

I ricercatori hanno testato la seta naturale e la nanoseta sotto raffreddamento continuo con radiazioni per 22 ore. Lo studio ha scoperto che a causa del rilascio di calore, la temperatura della seta naturale è inferiore alla temperatura ambiente di notte, ma durante il giorno (9:00 ~ 17:00) la sua temperatura è solitamente superiore alla temperatura ambiente. Al contrario, la temperatura della nanosilk era costantemente inferiore alla temperatura ambiente sia durante il giorno che di notte, e la temperatura media della nanosilk era ancora di circa 3.5 °C inferiore alla temperatura dell'aria ambiente alle 15:00, quando l'irradianza solare superato gli 800 W·m-2.

Test delle prestazioni di raffreddamento mediante radiazione di seta naturale e nano seta

I ricercatori hanno anche testato le proprietà rinfrescanti della seta che ricopre la pelle simulata alla luce del sole. La pelle simulata è costituita da un riscaldatore flessibile isolato in gomma siliconica. I risultati hanno mostrato che quando la pelle simulata era ricoperta con nano-seta, la temperatura della pelle era di circa 8 ℃ e 12.5 ℃ inferiore a quella della pelle simulata ricoperta rispettivamente di seta naturale o cotone. I risultati di cui sopra mostrano che la nanoseta ha eccellenti proprietà di raffreddamento grazie alla combinazione della sua maggiore riflessione solare e delle sue proprietà intrinseche di radiazione termica, che riducono al minimo l’apporto di calore, e queste proprietà non sono influenzate dal nanotrattamento.

I ricercatori hanno anche testato quanto fosse comoda da indossare la seta. I risultati hanno mostrato che la permeabilità al vapore acqueo della nano-seta era simile a quella della seta naturale e del Tyvek, ma leggermente superiore a quella del cotone. Sotto la copertura di nanoparticelle di Al2O3, la distanza di aspirazione centrale della seta è ancora di 10 mm, paragonabile alla seta naturale; La lavabilità del tessuto di seta è stata testata mediante lavaggio e asciugatura al sole.

Test termico e di vestibilità della nano seta