Den första temperaturkänsliga textilen har skapats som kan reglera vår kropps hetta utbyte med miljö
Vår kropp absorberar eller förlorar hetta i form av infraröd strålning. Vid rumstemperatur sker cirka 40 procent av hjärtöverföringen på detta sätt. Mänskligt kroppen är en radiator och vi använder kläder som ett sätt att möjliggöra denna reglering eftersom olika tyger fångar in infraröd strålning och håller oss varma eller svala genom att reglera temperaturen. Forskare har länge önskat att utveckla ett tyg som också kan frigöra denna energi snarare än att bara fånga den, för att hålla vår kropp passivt sval. Textilier svarar dock inte på de förändringar som sker i det yttre miljö och så har de inte förmågan att reglera både kyla och uppvärmning. Det enda sättet för oss människor att klara av förändringar i temperatur i miljön har varit att välja och bära lämpliga kläder.
En ny unik textil
Forskare från University of Maryland, USA har skapat ett innovativt tyg som "automatiskt" kan reglera mängden värme som passerar genom en persons kropp enligt de yttre väderförhållandena. Tyget är tillverkat av ett speciellt konstruerat värmekänsligt garn (polymerfiber) vars trådar fungerar som en "port" för värmen (eller infraröd strålning) att överföra eller blockera. Denna "port" fungerar ganska intelligent på ett mycket unikt sätt. När utsidan väder är varmt och fuktigt, fibrerna i fiberkompakten och fibern kollapsar vilket möjliggör öppning av tygväv. När tyget är "öppnat" aktiverar det kylning genom att låta värmen som strålar ut från vår kropp komma ut. Detta gör att vi känner oss svalare eftersom tyget också reflekterar solljus. Däremot, när vädret utomhus är ganska torrt och kallt, expanderar fibern och stänger eller minskar luckorna för att förhindra att värme tränger ut så att personen känner sig varm. Så, tyget grindar dynamiskt infraröd strålning i realtid baserat på yttre miljöförhållanden.
Tekniken bakom
Tygets nyhet beror på dess basgarn som består av två motsatta typer av kommersiellt tillgängligt syntetmaterial material, hydrofil cellulosa och hydrofoba triacetatfibrer, som antingen absorberar eller stöter bort vatten. Fiberns trådar är belagda med en ledande metall – ett kolbaserat lättviktsnanorör av kol – genom en process som liknar lösningsfärgning som vanligtvis används för industriell färgning av syntetiska fibrer. På grund av de dubbla egenskaperna deformeras fibern när den utsätts för fuktiga förhållanden som fukt. Den elektromagnetiska kopplingen mellan kolnanorör inuti beläggningen modifieras, vilket fungerar som en "reglering-switch". Baserat på denna förändring i elektromagnetisk koppling varje gång, blockerar tyg antingen värme eller låter den passera igenom. Personen som bär tyget inser inte denna underliggande aktivitet eftersom tyget gör detta mycket omedelbart på under en minut. Den känner av nivåer av termiskt obehag hos en person på egen hand och kan variera mängden värmestrålning med 35 procent när fuktighetsnivån under huden förändras.
I ett praktiskt experiment stickade teamet en 0.5 m2 swatch för att visa skalbarhet för framtida tillverkning. Skiftet i fiberavstånd under fuktiga och torra förhållanden fångades i realtid med hjälp av konfokal fluorescensmikroskopi och en fluorescensfärgad provbit av tyget. en liten provbit av tyget. De observerade att tyget kunde uppnå 35-procentig relativ förändring i infraröd transmittans. Tyget kunde effektivt byta från kylning till uppvärmningsläge på under en minut i alla experiment.
Är det praktiskt som riktiga kläder?
Ett nytt tyg har skapats för första gången som hjälper till att få en person att hålla sig varm när vädret utomhus är svalt och torrt och svalt när vädret är varmt och fuktigt. Detta är verkligen fascinerande! Tyget kan stickas eller färgas och även tvättas på liknande sätt som andra sportkläder. Mer forskning behövs sannolikt för att göra detta tyg mer praktiskt och användbart för dagligt bruk. Forskare hoppas kunna samarbeta med en tillverkningsenhet inom en snar framtid för att producera kläder gjorda av detta nya tyg. Denna upptäckt publicerad i Vetenskap är innovativt och lovande eftersom ett sådant tyg kan vara fördelaktigt för idrottare, idrottsmän, spädbarn och äldre människor genom att ge dem komfort och känsla av normala kläder.
***
{Du kan läsa den ursprungliga forskningsartikeln genom att klicka på DOI-länken nedan i listan över citerade källor}
Källa (er)
Zhang XA et al 2019. Dynamisk gating av infraröd strålning i en textil. Vetenskap. 363 (6427).
http://doi.org/10.1126/science.aau1217
