Het eerste temperatuurgevoelige textiel is ontwikkeld dat de warmte- uitwisseling tussen ons lichaam en de omgeving kan reguleren.
Ons lichaam absorbeert of verliest warmte in de vorm van infraroodstraling. Bij kamertemperatuur vindt ongeveer 40 procent van de warmteoverdracht op deze manier plaats. Het menselijk lichaam is een straler en we gebruiken kleding om deze regulatie mogelijk te maken, omdat verschillende stoffen infraroodstraling vasthouden en ons warm of koel houden door de temperatuur te reguleren. Wetenschappers hebben al heel lang de wens om een stof te ontwikkelen die deze energie ook kan afgeven in plaats van alleen maar vast te houden, zodat ons lichaam passief koel blijft. Textiel reageert echter niet op veranderingen in de externe omgeving en heeft daarom niet het vermogen om zowel koeling als verwarming te reguleren. De enige manier voor ons mensen om met temperatuurschommelingen in de omgeving om te gaan, is door geschikte kleding te kiezen en te dragen.
Een nieuw uniek textiel
Wetenschappers van de Universiteit van Maryland in de VS hebben een innovatieve stof ontwikkeld die de hoeveelheid warmte die door het lichaam stroomt 'automatisch' reguleert op basis van de weersomstandigheden. De stof is gemaakt van een speciaal ontworpen warmtegevoelig garen (polymeervezel) waarvan de vezels fungeren als een 'poort' voor warmte (of infraroodstraling), waardoor deze kan worden doorgelaten of geblokkeerd. Deze 'poort' werkt op een zeer intelligente en unieke manier. Bij warm en vochtig weer trekken de vezels samen en krimpt de vezel, waardoor het weefsel zich opent. Eenmaal 'open' activeert de stof koeling door de warmte die van ons lichaam afstraalt te laten ontsnappen. Hierdoor voelen we ons koeler, omdat de stof ook zonlicht reflecteert. Bij droog en koud weer zetten de vezels daarentegen uit en sluiten ze de openingen, waardoor warmteverlies wordt voorkomen en de drager het warmer krijgt. De stof reguleert infraroodstraling dus dynamisch en in realtime op basis van de omgevingsomstandigheden.
Technologie erachter
De nieuwigheid van de stof is te danken aan het basisgaren, dat is opgebouwd uit twee tegenovergestelde, commercieel verkrijgbare synthetische materialen : hydrofiele cellulose en hydrofobe triacetaatvezels, die water absorberen of afstoten. De vezels worden gecoat met een geleidend metaal – lichtgewicht koolstofnanobuisjes op basis van koolstof – door middel van een proces dat vergelijkbaar is met het verven in oplossing, een techniek die veel wordt gebruikt voor het industrieel verven van synthetische vezels. Door deze dubbele eigenschappen vervormt de vezel wanneer deze wordt blootgesteld aan vochtige omstandigheden, zoals luchtvochtigheid. De elektromagnetische koppeling tussen de koolstofnanobuisjes in de coating wordt gemodificeerd, wat fungeert als een 'regelschakelaar'. Op basis van deze verandering in elektromagnetische koppeling blokkeert de stof telkens warmte of laat deze door. De drager van de stof merkt hier niets van, omdat de stof dit razendsnel, binnen een minuut, doet. De stof detecteert zelf het thermische ongemak van een persoon en kan de hoeveelheid uitgestraalde warmte met 35 procent aanpassen naarmate de luchtvochtigheid onder de huid verandert.
In een praktisch experiment heeft het team een staal van 0.5 m2 gebreid om de schaalbaarheid voor toekomstige productie aan te tonen. De verschuiving in vezelafstand in vochtige en droge omstandigheden werd in realtime vastgelegd met behulp van confocale fluorescentiemicroscopie en een fluorescerend geverfd staal van de stof. een klein stukje van de stof. Ze merkten op dat de stof een relatieve verandering van 35 procent in infraroodtransmissie kon bereiken. De stof kon in alle experimenten in minder dan een minuut efficiënt overschakelen van de koel- naar de verwarmingsmodus.
Is het praktisch als echte kleding?
Er is voor het eerst een nieuwe stof ontwikkeld die ervoor zorgt dat iemand warm blijft bij koel en droog weer, en koel bij warm en vochtig weer. Dit is werkelijk fascinerend! De stof kan gebreid of geverfd worden en is ook te wassen zoals andere sportkleding. Verder onderzoek is waarschijnlijk nodig om deze stof praktischer en geschikter te maken voor dagelijks gebruik. Onderzoekers hopen in de nabije toekomst samen te werken met een fabrikant om kleding van deze nieuwe stof te produceren. Deze ontdekking, gepubliceerd in Science, is innovatief en veelbelovend, omdat een dergelijke stof voordelen kan bieden aan atleten, sporters, baby's en ouderen door hen comfort en het gevoel van normale kleding te geven.
***
Bron (nen)
Zhang XA et al 2019. Dynamische poorten van infraroodstraling in een textiel. Wetenschap. 363 (6427).
http://doi.org/10.1126/science.aau1217
***
