Функционирует при финансовой поддержке Федерального агентства по печати и массовым коммуникациям (Роспечать)

Термоэлектрическую панель превратили в носимый тепловой камуфляж

Sahngki Hong et al. / Advanced Functional Materials, 2020

Американские и сингапурские инженеры предложили использовать термоэлектрические панели для создания носимого активного теплового камуфляжа, подстраивающего свою температуру под температуру окружающих объектов. Для того, чтобы пользователь не испытывал дискомфорта от ношения такого устройства из-за перепадов температуры, инженеры встроили в прототип слой материала с фазовым переходом возле температуры тела, что позволяет ему поглощать или отдавать тепло. Статья опубликована в журнале Advanced Functional Materials.

Для маскировки в видимом диапазоне человеку достаточно даже частично закрыть себя предметом с цветом и фактурой, похожей на фон. Однако поскольку он, как и другие объекты, выделяет тепловое инфракрасное излучение, при наблюдении с помощью тепловой камеры такой маскировки недостаточно. Уже существуют как пассивный тепловой камуфляж, статично перекрывающий тепловое излучение, так и активный, меняющий это излучение необходимым образом, чтобы его уровень соответствовал фоновому или его распределение напоминало какой-либо объект. Однако пока активный камуфляж применяется только на некоторых больших боевых машинах и недоступен для ношения.

Инженеры под руководством Жэнькуня Чэня (Renkun Chen) из Калифорнийского университета в Сан-Диего создали прототип носимой панели, с активно и быстро изменяемой температурой поверхности, которая при этом не вызывает дискофморт для кожи носящего ее человека. Основная часть, отвечающая за изменение температуры, была разработана ранее этой же группой ученых и в их прошлой статье использовалась для создания носимого термостата для охлаждения тела в жаркую погоду. Она представляет собой термоэлектрический слой, который благодаря эффекту Пельтье создает разницу температур между двумя своими сторонами под действием электрического тока.

Термоэлектрический слой состоит из массива стержней из термоэлектрического материала, которые через торцы связаны между собой металлическими электродами. По сторонам этот массив покрыт изолирующим эластомером. Инженеры выбрали такое строение с множеством отдельных стержней для того, чтобы изолировать внешние стороны друг от друга с помощью прослойки из воздуха в пустотах между стержнями. Кроме того, это позволяет сделать термоэлектрический слой относительно гибким несмотря на то, что сами стержни состоят из жесткого неорганического материала.

Под действием электрического тока термоэлектрический слой может в течение минут менять свою температуру с разных сторон на более 20 градусов Цельсия в каждую сторону относительно температуры человеческого тела. Однако это может причинять дискомфорт для носителя камуфляжа, поэтому разработчики разместили на внутренней стороне прототипа слой из материала с фазовым переходом при температуре 28 градусов Цельсия. При переходе от одного фазового состояния к другому этот материал поглощает или выделяет тепло, тем самым компенсируя перепад температур между панелью и кожей.


Инженеры провели несколько экспериментов на нагревателе, а также на человеке, который надевал прототип камуфляжной панели на запястье. Температуру внешнего слоя панели и фона они отслеживали с помощью термопар. На ролике с испытанием носимого прототипа можно видеть, как панель успешно синхронизирует свою температуру с температурой фона в пределах от 16 до 38 градусов Цельсия с задержкой около 10 секунд относительно изменения температуры фона.

В 2018 году другая группа ученых создала активный тепловой камуфляж из графена, работающий иным образом. Он меняет интенсивность своего теплового излучения, не меняя при этом реальной температуры поверхности, что позволяет не использовать дополнительные устройства для охлаждения в случае использования в виде носимого камуфляжа.

Григорий Копиев

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl+Enter.