16 Décembre 2021
Avec les résultats obtenus sur les membranes chargées, nous voulons mettre en œuvre ce système dans l'enduction de matériaux textiles typiques de cette industrie comme le polyamide 6. Les premières études sur les matériaux enduits indiquent qu'un effet de fenêtre ouverte-fermée est obtenu en changeant l'humidité du système (Figure 1), totalement humide, on obtient un système fermé qui s'ouvre lorsque le polymère thermosensible se rétracte dans l'enduit, et cette variation de volume fait varier la distance entre les particules de SiO2.
Figure 1. Effet de l'humidité sur le textile couvert d'une membrane dynamique
Physical Review Applied 16, 05013 (2021)
DOI:10.1103/PhysRevApplied.16.054013
https://journals.aps.org/prapplied/abstract/10.1103/PhysRevApplied.16.054013
Janus-Yarn Fabric for Dual-Mode Radiative Heat Management
Abstract
Radiative heat management for personal comfort using photonic engineered textiles has the potential to provide a substantial advantage for an energy-efficient and sustainable society. Here, we propose a Janus-yarn design approach for a dual-mode double-sided thermoregulating fabric: a passive-radiative-management textile using asymmetric yarn composition, leading to dual-emissivity characteristics. The fabric provides both passive cooling and heating functions, achieved by wearing the textile inside out. The very strong emissivity contrast is achieved by utilizing both metallic and dielectric fibers within the yarn, benefiting from the plasmonic gap on the one hand and Fabry-Perot and multipole localized modes on the other. This tailored combination of reflective and absorptive structures leads to a substantial emissivity asymmetry between the two surfaces of the fabric (?e = 0.72). Consequently, the fabric provides a very wide 13.1°C set-point temperature window, with the wearer staying comfortable between 11.3 and 24.4°C.
Nanomaterials (2020)
DOI:10.3390/nano10101968
https://www.mdpi.com/2079-4991/10/10/1968
Impact of SiO2 particles in polyethylene textile membrane for indoor personal heating
Keeping the human body in a thermal comfort state inside a room has become a challengein recent years. While the most common strategy is to heat buildings, it requires a lot of energy.Reducing this energy consumption will have positive impacts, both economically andenvironmentally. We propose here to act directly on the personal thermal heating of the humanbody, by modulating the absorption and transmission properties of a synthetic polymer membranein the mid-infrared (MIR). We show numerically that 5% SiO2 submicron particles inserted inpolyethylene (PE) and nanoporous polyethylene (nanoPE) membranes increase the radiativeheating of the membrane, reducing the required ambient temperature of a room by more than 1.1°C. The proposed membrane can be flexible enough to be easily integrated into conventional textiles.
Physical Review Applied 14, 044030 (2020)
DOI:10.1103/PhysReApplied.14.044030
https://journals.aps.org/prapplied/abstract/10.1103/PhysRevApplied.14.044030
Dynamic thermal-regulating textiles with metallic fibers based on a switchable transmittance
Personal radiative thermal management using photonic smart textiles has become a center of attentiondue to its potential to facilitate thermal comfort, and to decrease the energy cost for heating andcooling. Here, we provide an approach for a dynamic transmittance switch textile (DTST): a dynamic, passive, radiative thermal regulating fabric that controls the infrared (IR) transmission by adapting tothe ambient temperature and humidity. The DTST is constituted from metal-coated monofilaments andstimuli-responsive polymer actuator beads, in this way benefiting from multiple IR photonic effects tostrongly control the wide-band transmission of thermal radiation and to provide for a sharp, dynamicresponse. This design shows a wide dynamic ambient setpoint temperature window of approximately 16°C, meaning that the wearer is comfortable between 9.5 and 25.7 °C, wider than any theoreticallyreported or fabricated switchable fabric. This performance indicates a polyvalent user comfort and animportant energy saving potential for residential and office buildings.
SENSORDEVICES 2020 : The Eleventh International Conference on Sensor Device Technologies and Applications
Polymer photonic crystal membrane for human body thermoregulation
We study the optical properties of a polymer photonic membrane to keep the human body in thermal comfort. We show theoretically that the periodic structuration of the membrane with air holes modulates the optical response in the Mid-Infrared range. We found that the modulation of the optical spectrum allows to decrease the required ambient temperature by about 0.5 °C to maintain the normal skin temperature of 34 °C. The structured membrane is flexible and can easily be added to usual textiles.
21 Mai 2021
L'utilisation de nanoparticules dans la production de textiles permet de modifier les propriétés photoniques de ceux-ci à certaines longueurs d'onde. L'intensité de cette longueur d'onde dépend de la microstructure, des différentes bandes électroniques et des caractéristiques des nanoparticules : taille, forme et dispersion. Par conséquent, le contrôle absolu de la taille et de la distribution de ces particules au sein de la membrane devrait conduire à la structuration de la membrane, qui devrait assurer l'interaction avec le rayonnement infrarouge.
Les nanoparticules d'oxyde de silicium (SiO2) présentent un grand intérêt en raison de leurs propriétés physiques et chimiques. Ses propriétés optiques se distinguent car son indice de réfraction dépend de la longueur du rayon incident, mais sa valeur moyenne est donnée par n = 1,457. Par conséquent, le SiO2 est un matériau à faible indice de réfraction, qui est largement utilisé dans les revêtements optiques qui fonctionnent de l'ultraviolet (UV) au proche infrarouge (NIR).
Le pic d'émission infrarouge du corps humain se situe autour de 9-10 µm, et les résultats obtenus montrent que l'ajout de particules de SiO2 de 100 ?m aux membranes dynamiques produit un pic de réflexion à la même longueur d'onde (Figure 1). Pour optimiser l'intensité du pic, nous voulons travailler sur la taille et la distribution des particules (Figure 2) et sur l'épaisseur des membranes.
Figure 1. Spectre FTIR de la membrane
Figure 2. Structure de la membrane et distribution des particules
30 Avril 2021
La réalisation d'une membrane dynamique auto-structurante utilisant des polymères à mémoire de forme ou tout autre système polymère capable de modifier de façon réversible son volume et/ou ses propriétés mécaniques en fonction de la température et de l'humidité.
Nous nous sommes concentrés sur la synthèse de films à base de poly (N-isopropylacrylamide) (PNIPAM), ces gels changent leurs propriétés autour de 32°C et d'une humidité élevée, ce point est connu comme la température critique inférieure de solution. Les gels sont gonflés en dessous de ce point, mais lorsqu'un stimulus externe est appliqué, le point LCST est dépassé, ce qui provoque la contraction du gel (Figure 1). Au cours de ce processus de gonflement-contraction, il y a un changement dans le degré de réticulation de celui-ci et donc un changement dans le volume, la taille et les propriétés des hydrogels.
Figure 1. Schéma de l'effet de la température sur le point LCST
Chez les humains, la chaleur du corps est contrôlée pour maintenir une température autour de 37°C. Des travaux ont également été réalisés pour ajuster le point de thermosensibilité des films, pour cela la quantité de comonomère, l'acide acrylique a été progressivement augmentée, jusqu'à atteindre un point LCST autour de la température corporelle, il a été obtenu que les films avec une petite quantité d'acide acrylique avaient des températures de transition entre 36°C - 39°C (Figure 2). Ces structures sont utilisées comme matrice polymère pour l'incorporation de nanoparticules.
27 Mai 2020
L’objectif du projet Photonitex est de produire un nouveau type de textiles intelligents capables de restituer le rayonnement infrarouge vers le corps en fonction des conditions d’utilisation : la température (corps et environnement) et l’humidité (transpiration), afin d’obtenir un meilleur confort thermique. L’une des méthodes utilisées est la synthèse de membranes auto-structurantes par électro-filage.
Le processus d’électro-filage est une technique simple, polyvalente et reproductible qui permet de produire des membranes des nanofibres (diamètre des nanofibres généralement inférieur à 500 nm) à grande échelle. Les membranes des nanofibres sont connues pour leurs propriétés exceptionnelles, notamment une surface spécifique élevée, une porosité élevée et des petites tailles de pores, ce qui rend ces matériaux adaptés à une variété d’applications avancées, y compris les capteurs, la filtration, les applications biomédicales et la photonique. Les polymères sensibles aux stimuli sont des polymères qui, sous l’influence de stimuli externes, tels que la température et l’humidité, montrent une transition dans les propriétés physico-chimiques. Par l’électro-filage, les propriétés uniques des nanofibres peuvent être combinées avec celles des polymères thermosensibles, ce qui conduit ainsi à des membranes des nanofibres thermosensibles.
20 Mai 2020
Le polyéthylène (PE), très utilisé dans l’industrie textile, est un plastique transparent dans l’infrarouge, ce qui signifie qu’il laisse passer la majorité du rayonnement émis par le corps humain. L’insertion de particules de verre (SiO2) a permis de modifier ses propriétés optiques et notamment son absorption, qui augmente d’environ 27 % pour un taux de charge en volume de 2% (voir figure 1).
L’augmentation de l’absorption par la membrane conduit, par radiation thermique, à une augmentation de la température du microclimat, espace entre la peau et le textile. Cette contribution thermique complémentaire est évaluée quantitativement pour un individu au repos. La figure 2 représente la température de la pièce (Ta) nécessaire pour maintenir la température de la peau à Ts=34°C, correspondant au confort thermique individuel. Une augmentation de 0 à 2 % du pourcentage de particules permet de diminuer de 1°C la température de la pièce. Une membrane plastique chargée permet donc de minimiser l’apport énergétique extérieur tout en conservant le même confort thermique individuel.
La formulation d'un sol-gel à base d'oxide de zinc permet de structurer la surface du dépôt sous la forme d'ondulation ou de rides comme l'illustre la figure ci-dessus.
26 Mars 2020
Une couche métallique (par exemple en argent), possède la propriété de réfléchir les rayonnements infra-rouges. Nous montrons ici que les propriétés de propagation des rayonnements peuvent être contrôlées par le dépôt d'une couche structurée dont on peut modifier la composition ainsi que les dimensionnalités des rides (fréquence, hauteur, longueur).
Dans ces essais expérimentaux, un top-coat a été déposé sur un substrat souple préalablement revêtu d'une couche d'argent par PVD. Un top-coat lisse et un top-coat avec une structure ridée ont été déposés à partir d'un même sol-gel et à la même vitesse de dépôt. Les multicouches ont alors été caractérisées par spectroscopie FT-I dans le domaine du moyen infra-rouge. Le comportement optique (réflectance totale) des deux multicouches obtenues diffère avec une variation de l'ordre de 20% Tout laisse à penser que la structuration du top-coat est à l'origine de la variation de la réflectance totale de la couche d'argent.
20 Janvier 2020
Les surfaces structurées, périodiques ou non, permettent de jouer sur les propriétés de propagation de la lumière. Par exemple, les couleurs chatoyantes des papillons sont dues à la structuration micrométrique de la surface de leurs ailes, qui induisent des phénomènes d'interférences lumineuses. Dans le cadre de ce projet PHOTONITEX, l'un des modules de travail consiste à la formation de surfaces ridées utilisant des solutions compatibles industriellement. Le procédé sol-gel est une technologie déjà appliquée dans le domaine du textile au niveau du top-finishing.