Các kỹ sư Nhật Bản nghiên cứu chế tạo vải có thể sưởi ấm hoặc làm mát cho người dùng

Hãy tưởng tượng một loại vải có thể hạ nhiệt khi trời nóng và sưởi ấm khi trời lạnh cho người mặc. Đó chính xác là công trình khoa học các kỹ sư tại Đại học Shinshu, Nhật Bản đang nghiên cứu.

Các kỹ sư dệt may tại Đại học Shinshu, Nhật Bản đã dệt ra một loại vải có thể nóng lên hoặc hạ nhiệt tùy thuộc vào nhiệt độ bên ngoài. Vải được dệt từ các sợi nano siêu mịn có chứa vật liệu “thay đổi pha” (PCM) đặc biệt có thể lưu trữ và giải phóng một lượng lớn nhiệt.

“Loại vải này có thể được sử dụng như một hệ thống quản lý nhiệt cá nhân, giúp người dùng duy trì nhiệt độ thoải mái. Vải cũng có thể được sử dụng trong các ứng dụng đặc biệt khác. Ví dụ, như một vật liệu đóng gói bên ngoài để điều chỉnh nhiệt độ của thiết bị điện tử và pin điện,” GS Hideaki Morikawa trả lời phỏng vấn của indianexpress.com qua email cho biết.

GS Morikawa là tác giả của bài báo về công trình nghiên cứu, được đăng trên tạp chí ACS Nano.

Công việc trong nhiều ngành công nghiệp, như kho lạnh, nướng bánh, và những ngành khác, đòi hỏi người lao động phải thay đổi các môi trường làm việc có các nhiệt độ rất khác nhau như một phần công việc. Môi trường công việc với nhiệt độ thay đổi liên tục khiến người lao động không thoải mái và rất dễ bị ốm. Phương pháp thường dùng là thay đổi quần áo liên tục. Nhân viên kho lạnh sẽ rất bất tiện khi phải mặc áo quần ấm mỗi khi vào tủ đông và cởi ra khi ra ngoài.

Môi trường làm việc phức tạp là nơi có thể ứng dụng PCM hiệu quả. Khả năng hấp thụ và giải phóng nhiệt của vật liệu là vải có thể hấp thụ nhiệt trong điều kiện nhiệt độ môi trường cao và giải phóng khi nhiệt độ môi trường trở nên mát hơn.

Các loại vải như vậy thường sử dụng các vật liệu thay đổi pha (PCM) có thể lưu trữ và sau đó giải phóng một lượng lớn nhiệt khi vật liệu thay đổi pha (hoặc trạng thái của vật chất, ví dụ, từ rắn sang lỏng).

Một trong những vật liệu như vậy là parafin, về nguyên tắc có thể được kết hợp vào vật liệu dệt theo những cách khác nhau. Khi nhiệt độ của môi trường xung quanh parafin đạt đến điểm nóng chảy, trạng thái vật lý của vật chất chuyển từ thể rắn sang thể lỏng đồng thời hấp thụ nhiệt. Sau đó, nhiệt lại được giải phóng khi nhiệt độ đạt đến điểm đóng băng của parafin.

Nhưng những vật liệu này có hàng loạt vấn đề phải giải quyết. Một chiếc áo phông sẽ không thực dụng nếu được làm từ vật liệu dễ tan chảy khi ra ngoài trời nắng nóng.

Các nhà khoa học đã đưa ra một số phương pháp nhằm giải quyết vấn đề này bằng cách tích hợp các “vi nang” nhỏ chứa các PCM vào những ứng dụng khác nhau. Nhưng theo GS Morikawa, công nghệ này “không đủ linh hoạt cho bất kỳ ứng dụng mang đeo thực tế nào”.

Nhóm nghiên cứu của GS Morikawa chuyển sang một phương pháp khác, được gọi là quay điện đồng trục, liên quan đến kỹ thuật bố trí nhiều hệ thống cấp dung dịch để điện quay đồng thời 2 hoặc nhiều dung dịch polymer từ các mao quản đồng trục. Kỹ thuật quay điện là phương pháp sản xuất sợi có đường kính được tính bằng nanomet. Nhóm nghiên cứu đã quay một sợi nano với một PCM được bao bọc ở trung tâm của sợi.

Sau đó, nhóm nghiên cứu tiếp tục ghép nối vật liệu được bao bọc PCM này với hai công nghệ khác: vật liệu phản ứng quang và lớp phủ dẫn điện nhiệt. Vật liệu phản ứng quang học hấp thụ nhiệt từ ánh sáng mặt trời chiếu trực tiếp và lớp phủ nhiệt điện chuyển nhiệt thừa thành điện năng. Loại vải này kết hợp 3 công nghệ khác nhau để mở rộng phạm vi các môi trường có thể được sử dụng.

Theo Morikawa, "trước mắt còn một chặng đường dài trước khi được công nghiệp hóa và sản xuất quy mô lớn" loại vải đặc biệt này. Đầu tiên, các nhà nghiên cứu đã thử nghiệm các cấu hình khác nhau của vải trong dải nhiệt độ từ 0 đến 80 độ C. Trong thử nghiệm vật liệu đáp ứng được yêu cầu hấp thụ và thải nhiệt, chất lượng sợi vải không bị suy giảm theo thời gian trong các điều kiện khác nhau.

Những thử nghiệm này trước mắt chỉ mang tính lý thuyết, cho thấy hướng chế tạo loại vải thay đổi theo nhiệt độ, nhưng kỹ thuật quay điện đồng trục là một quy trình phức tạp mà GS Morikawa nhấn mạnh, có những "yêu cầu nghiêm ngặt đối với kỹ thuật kéo sợi", khiến kỹ thuật này hiện không thực tế khi ứng dụng ngoài phòng thí nghiệm. Ngoài ra, polymer dẫn điện, được sử dụng trong vải có giá thành cao và các nhà nghiên cứu cần phải tìm ra một chất khác thay thế, rẻ hơn trong tương lai.

Theo Indian Express