Brandmän tar sig in i brinnande byggnader, idrottare som tävlar i den stekande solen och arbetare i gjuterier kanske så småningom kan bära sina egna, lätta kylenheter med dem, tack vare en nanotrådsuppsättning som kyler, enligt Penn State materialforskare.

"De flesta elektrokaloriska keramiska material innehåller bly, sa Qing Wang, professor i materialvetenskap och teknik. "Vi försöker att inte använda bly. Konventionella kylsystem använder kylmedel som också kan vara miljöproblematiska. Vårt nanotrådarray kan kylas utan dessa problem."

Elektrokaloriska material är nanostrukturerade material som visar en reversibel temperaturförändring under ett pålagt elektriskt fält. Tidigare tillgängliga elektrokaloriska material var enkristaller, bulkkeramik eller keramiska tunna filmer som kan svalna, men är begränsade eftersom de är stela, ömtåliga och har dålig bearbetbarhet. Ferroelektriska polymerer kan också kyla, men det elektriska fältet som behövs för att inducera kylning är över säkerhetsgränsen för människor.

Wang och hans team tittade på att skapa ett nanotrådmaterial som var flexibelt, lätttillverkad och miljövänlig och kunde kylas med ett elektriskt fält säkert för mänskligt bruk. Ett sådant material kan en dag ingå i brandbekämpningsutrustning, atletiska uniformer eller andra kläder. De rapporterar sina resultat i ett färskt nummer av Avancerade material .

Deras vertikalt inriktade ferroelektriska barium strontium titanat nanotrådarray kan kyla cirka 5,5 grader Fahrenheit med 36 volt, en elektrisk fältnivå säker för människor. Ett batteri på 500 gram ungefär lika stort som en IPad skulle kunna driva materialet i cirka två timmar.

Forskarna odlar materialet i två steg. Först, titandioxid nanotrådar odlas på fluordopat tennoxidbelagt glas. Forskarna använder en mall så att alla nanotrådar växer vinkelrätt mot glasets yta och till samma höjd. Sedan infunderar forskarna barium- och strontiumjoner i nanotrådarna av titandioxid.

Forskarna applicerar ett nanoark av silver på arrayen för att fungera som en elektrod.

De kan flytta den här nanotrådsskogen från glassubstratet till vilket underlag de vill – inklusive klädtyg – med hjälp av en tejp.

"Denna lågspänning är tillräckligt bra för blygsam träning och materialet är flexibelt, ", sa Wang. "Nu måste vi designa ett system som kan kyla en person och ta bort värmen som genereras vid kylning från närområdet."

Detta solid state personliga kylsystem kan en dag bli normen eftersom det inte kräver regenerering av kylvätskor med ozonnedbrytning och global uppvärmningspotential och kan vara lätt och flexibel.