|  | 13 мая 2016 | Нанотехнологии

"Лес" из нанопроводников - основа персональных систем охлаждения для пожарных, металлургов и спортсменов

Нанопроводники


Пожарные, входящие в пылающие помещения, спортсмены, выступающие на жарком солнце, и рабочие литейных цехов металлургических предприятий могут получить легкие персональные системы охлаждения, основой которых станет "лес" из крошечных нанопроводников. Материал, из которого изготовлены эти нанопроводники, охлаждается под воздействием электрического тока, а структура охладительных элементов, разработанных учеными из Пенсильванского университета, обеспечивает их высокую эффективность с точки зрения количества потребляемой энергии.

"Большинство материалов, способных охлаждаться под воздействием электрического тока, содержат свинец" - рассказывает Квинг Вон (Qing Wang), профессор из Пенсильванского университета, - "В своей работе мы не используем свинца, который опасен для человеческого организма. А традиционные холодильные системы используют летучие хладагенты, также представляющие собой проблему для экологии. Наши матрицы из нанопроводников полностью лишены всех вышеупомянутых недостатков и их можно использовать без каких-либо ограничений".

Электрокалорифические материалы - это наноструктурированные материалы, которые демонстрируют обратимые изменения их температуры (нагреваются или охлаждаются) под влиянием прикладываемого к ним электрического поля. В большинстве своем такие материалы являются монокристаллами, сложной керамикой или керамическими пленками. Эти материалы являются хрупкими и нетехнологичными, что существенно сужает область их практического применения. Для охлаждения также можно использовать сегнетоэлектрические полимеры, но для их эффективной работы требуется приложение электрического потенциала, напряжение которого превышает допустимый безопасный для людей предел.

Квинг Вон и его группа вели поиски материала, который может охлаждаться под воздействием электрического тока, является гибким, простым в производстве и безвредным для окружающей среды. Такой материал может быть включен в состав костюмов пожарных, в спортивную форму и в любую повседневную одежду. Таким материалом стал сегнетоэлектрик титанат стронция-бария, а решетка нанороводников из этого материала может охладиться на 5.5 градусов под воздействием безопасного для человека электрического поля, потенциалом в 36 Вольт. При этом, расход энергии достаточно незначителен и 500-граммовой батареи, размером с большой мобильный телефон, достаточно для работы системы охлаждения в течение двух часов непрерывно.

Гибкий охладительный элемент


Изготовление охлаждающих элементов производится за два этапа. На первом этапе производится выращивание нанопроводников из диоксида титана на основе из стекла, покрытого слоем фторированного оксида олова. Использование шаблона позволяет добиться того, что все нанопроводники выращиваются перпендикулярно поверхности основания и имеют практически одинаковую высоту. После выращивания нанопроводников производится введение в них ионов бария и стронция, после чего материал превращается в титанат стронция-бария.

И на заключительном этапе на поверхность "леса" нанопроводников накладывается тонкий слой серебра, который выступает в качестве электрода. Получившуюся многослойную структуру можно переместить со стеклянного основания на основание из гибкого полимерного материала, который, словно скотч, можно нанести на поверхность ткани.

"Достаточно низкое рабочее напряжение, плюс гибкость материала позволят нам разработать систему, которая будет эффективно охлаждать тело человека, не пуская к нему тепло извне и эффективно отводя наружу тепло, вырабатываемое организмом" - рассказывает Квинг Вон, - "И такая персональная система охлаждения может значительно облегчить жизнь людей, не только работающих в условиях высокой температуры. Это может стать палочкой-выручалочкой для людей в случае, если процесс глобального потепления будет прогрессировать и дальше все увеличивающимися темпами".




Ключевые слова:
Материал, Электрический, Ток, Потенциал, Температура, Охлаждение, Нанопроводник, Титан, Стронций, Барий

Первоисточник

Другие новости по теме:
  • Технология сверхзвукового напыления - новое слово в производстве гибкой и п ...
  • Ученые разработали новый материал для эффективных и безопасных систем хране ...
  • Создан первый примитивный компьютер, состоящий исключительно из нанопроводн ...
  • Метод сварки нанопроводников с помощью света может привести к удешевлению д ...
  • Новая магнитная система охлаждения – более экономичная, более бесшумная.




  • 13 мая 2016 10:14
    #1 Написал: Pulsar

    Публикаций: 0
    Комментариев: 292
    36 вольт очень даже опасно (ну, по крайней мере, очень больно), если попадет на вспотевший участок тела.
        
    13 мая 2016 11:00
    #2 Написал: zlat

    Публикаций: 0
    Комментариев: 481
    Цитата: Pulsar
    36 вольт очень даже опасно

    Дело не только в напряжении, например при расческе волос возникает напряжение в несколько тысяч вольт, которое безопасно для человека.
        
    13 мая 2016 11:36
    #3 Написал: 80X

    Публикаций: 0
    Комментариев: 13
    лучше бы вы публиковали лишь уже вышедшие в производство технологии , а то сказки да и только …
        
    13 мая 2016 12:58
    #4 Написал: Джон

    Публикаций: 0
    Комментариев: 475
    Верно, убивает не напряжение а ток: с 0,01А сила тока считается опасной для жизни человека, приближаясь к 0,1А вероятность смертельного исхода увеличивается до 100%. Сопротивление тела человека может колебаться от 100 Ом до 100 кОм. Это зависит от состояния кожи, психического состояния, наличия алкоголя в крови и т.д. Степень поражения также зависит от частоты, точек соприкосновения на теле человека и времени воздействия. Ток с промышленной частотой (50Гц) более опасен, чем постоянный, с равной разностью потенциалов. Например, переменный ток с напряжением свыше 42В считается опасным, а постоянный - свыше 110В.

    Есть такой анекдот: «Может ли убить 12 вольтовый аккумулятор? – Конечно же нет!… А если упадет на голову?»

    Что касается такого костюма, то его веса явно будет недостаточно, чтобы убить человека.
        
    13 мая 2016 14:00
    #5 Написал: enigman

    Публикаций: 0
    Комментариев: 167
    Наши матрицы из нанопроводников полностью лишены всех вышеупомянутых недостатков и их можно использовать без каких-либо ограничений"

    Слишком смелое заявление, как мне кажется. Титан, стронций, барий, серебро не самые безопасные металлы, да еще в наноструктурной форме. Влияние наноразмерных частиц на живые организмы вообще изучено недостаточно тщательно.
        
    13 мая 2016 17:37
    #6 Написал: Rsa

    Публикаций: 0
    Комментариев: 497
    А меня в этой статье больше заинтересовал энергетический баланс и КПД данной системы. Ведь что бы что-то охладить, что-то другое должно нагреться. Причем, нагреться очень прилично, ведь в случае человеческого тела охлаждать потребуется весьма значительную площадь да и КПД этого процесса вряд ли близок к 100%. Значит, с собой скорее всего придется таскать еще и здоровенный теплообменник, вроде того, что в холодильниках есть:)
        
    14 мая 2016 12:07
    #7 Написал: FomaNeverujuwij

    Публикаций: 0
    Комментариев: 3785
    Цитата: Rsa
    Ведь что бы что-то охладить, что-то другое должно нагреться.

    Следуя вашему правилу надо утверждать, что, для того, чтобы что-то нагреть, то надо что-то другое охладить. А это не так, примеров вокруг - уйма


    --------------------
        
    14 мая 2016 13:45
    #8 Написал: Rsa

    Публикаций: 0
    Комментариев: 497
    FomaNeverujuwij, Эти примеры касаются в основном химических или ядерных реакций, причем необратимых без изменения внешних условий. Законы сохранения подразумевают отвод лишней энергии куда-то. В теории она может быть отведена и не в виде тепла - в виде излучения, в виде ядерных или химических взаимодействий, но в случае такого "электрического костюма", как-то не особо видятся иные варианты, кроме теплообменника, по крайней мере, безопасные для носителя костюма:)
    Вот бы и написали, как они это себе представляют. Пока я вижу только такую схему: по костюму пропускают ток, костюм охлаждается, а источник тока пропорционально нагревается, а так как костюм большой, а источник маленький, без внешнего охлаждения раскалится он довольно быстро.
        
    16 мая 2016 02:43
    #9 Написал: Pulsar

    Публикаций: 0
    Комментариев: 292
    Цитата: Rsa
    А меня в этой статье больше заинтересовал энергетический баланс и КПД данной системы. Ведь что бы что-то охладить, что-то другое должно нагреться.

    Типичный элемент Пельтье. С одной стороны холодный, с другой горячий. Горячую сторону охлаждаем радиатором с вентилятором.
        
    16 мая 2016 10:45
    #10 Написал: enigman

    Публикаций: 0
    Комментариев: 167
    Цитата: FomaNeverujuwij
    Следуя вашему правилу надо утверждать, что, для того, чтобы что-то нагреть, то надо что-то другое охладить.

    Холодильники и кондиционеры работают именно так.
    Да и в любой замкнутой системе до момента установления термодинамического равновесия более горячие тела охлаждаются, нагревая более холодные.
        

    Информация

    Посетители, находящиеся в группе Гости, не могут оставлять комментарии к данной публикации.