进入12月中旬，全国突然一秒入冬，光伏人也扛不住这突然的爆冷。不过，近日，南开大学科研团队研发了一项“太阳能”衣物，利用该项技术，可以让穿着者保持恒温，再也不怕严寒！
太阳能保暖衣，听起来有点科幻，但确实靠谱！该项研究不仅效果突出，还得到了科技部、国家自然科学基金委、天津市科学技术局和南开大学有关项目支持。
简单来说，该项技术利用太阳能电力，在白天的高温情况下降低温度，而在天黑气温骤降之后，又为衣服加热，十分适合昼夜温差极大的恶劣环境。该项技术如果实现产业化，马斯克的火星移民计划又进一步了~
具体内容如下：
服装在日常生活中调节身体热量以保持身体热舒适度方面起着不可或缺的作用。最常见的情况是在环境温度波动且有时迅速变化的情况下将体温维持在安全范围内，例如从舒适的室内环境（约25°C）走到炎热（>36°C）或寒冷（<15°C）的室外环境。如果没有快速适应这种快速变化的环境温度并降温或升温的能力，人们可能会感到不舒服或生病，甚至可能死亡。更具挑战性的情况是在恶劣环境中将我们的身体保持在舒适的温度范围内（皮肤温度），例如寒冷的极地地区或太空旅行（在阳光下非常热，但在黑暗中非常冷）。因此，能够使人体保持在舒适温度范围内（皮肤温度）的可穿戴调温服装，就像宇航服一样，一直是智能服装系统长期追求但具有挑战性的目标。
事实上，已经开发了许多体温调节系统，这些系统可以大致分为被动和主动系统。被动体温调节系统包括辐射体温调节系统、相变体温调节系统和吸附体温调节系统。然而，大多数由太阳能提供动力并具有自我可持续性的系统只能实现单向体温调节。具有双向体温调节的系统需要提高其效率、响应速度和可调温度范围（皮肤温度）。主动温度调节系统允许人体的快速冷却或加热。一般来说，冷却背心基于冷却剂循环或水/冰流体通道，允许可穿戴温度调节；然而，这些系统需要大型复杂的机械压缩机。虽然已经开发了一些优秀的固态主动温度调节系统，并且可以消除对压缩机和传统液体或蒸汽制冷剂的需求，但它们仍然存在一些实质性的限制。
例如，虽然焦耳效应加热器在温度可控的情况下可以有效地加热，但高功耗和缺乏冷却能力严重限制了它的应用。因此，开发全天候、自供电、双向调温的服装系统，能够快速响应各种复杂或快速的环境温度变化，并使人体保持在舒适的温度范围内，仍然是一个具有挑战性的目标。为了实现所需的可持续性和灵活性以及轻量化，车身的热管理单元必须高效地传递能量，并且具有低能耗。因此，我们选择了最近开发的电热（EC）装置，该装置具有高效、低能耗、双向调温性能和无污染的特点。
研究结果
我们通过集成柔性有机光伏（OPV）模块，直接从阳光和双向电热（EC）设备中获取能量，开发了一种灵活、可持续的个人体温调节服装系统。柔性OPV-EC体温调节服（OETC）可以以快速的体温调节速率将人体的热舒适区从22°-28°C扩展到12.5°-37.6°C。EC装置的低能耗和高效率允许在12小时的阳光能量输入下进行24小时的可控和双模温度调节。该自供电可穿戴式体温调节平台结构简单，设计紧凑，效率高，以阳光为唯一能源，自适应性强。
据介绍，该系统能够根据各种极端复杂的环境温度变化快速响应，通过柔性太阳能器件，将太阳光的能量用于驱动高效的电卡热管理器件，使人体热舒适区从22-28°C扩展到12.5-37.6°C，同时能耗低、效率高，只需12小时的太阳光能量输入，便可实现24小时可控和双模式体温调节，具有很强的自适应能力。
南开大学团队表示：“我们将继续努力，通过研究，进一步优化提升其性能，为绿色能源的更好利用以及提高人类在极地、太空等极端恶劣环境中的生存能力作出更多的贡献。”
据了解，南开大学能实现该项技术，是建立在该团队前期在柔性太阳能、电卡以及热管理等方面取得的已有进展（Science 2018, 361, 1094-1098；Science 2017, 357, 1130-1134），他们设计制备了柔性太阳能电池模块和柔性电卡热管理模块，并将两者有机地集成起来，制成了一种新型的柔性可穿戴的主动性太阳能热管理系统，从而实现了双向主动的人体热管理，使人体在太阳光（高温）下实现降温，在黑暗（低温）中实现保暖，人体可以生活的环境温度区间获得了三倍以上的提升。
同时，这种新型太阳能热管理系统还可以充分发挥有机太阳能电池和电卡热管理器件的柔性特征，将其集成使用于适宜人类穿着的衣物上，既智能又不会影响皮肤的穿着体验。
这种柔性热管理衣物可将人体热舒适区从6K（22-28℃）扩展到25.1K（12.5-37.6℃），实现300%以上的提升，且结构简单、设计紧凑、效率高，仅以太阳光作为唯一能源，适应性极强。
基于前期在有机太阳能和电卡等方面研究的积累，团队开发了高效且具有主动性的双向人体柔性热管理系统。这一管理系统在体温调节领域展现出了潜在的应用前景，但也仍有许多重要科学和技术问题有待解决，比如如何进一步提升能源效率、集成更大规模的服装，需要研发新的更高效率的太阳能材料器件与电卡材料器件，集成的器件结构尚需优化等。
化学学院2021级博士研究生王子源和材料科学与工程学院2021级博士研究生薄轶文为共同第一作者。陈永胜为第一通讯作者，马儒军、刘永胜为共同通讯作者，南开大学化学学院为第一单位。
