Het eerste temperatuurgevoelige textiel is gemaakt dat de warmte-uitwisseling van ons lichaam met de omgeving kan reguleren
Ons lichaam absorbeert of verliest warmte in de vorm van infraroodstraling. Bij kamertemperatuur vindt ongeveer 40 procent van de hartoverdracht op deze manier plaats. Het menselijk lichaam is een radiator en we gebruiken kleding als middel om deze regulering mogelijk te maken, omdat verschillende stoffen infraroodstraling opvangen en ons warm of koel houden door de temperatuur te reguleren. Wetenschappers willen al heel lang een stof ontwikkelen die deze energie ook kan vrijgeven in plaats van deze alleen maar vast te houden, om ons lichaam passief koel te houden. Textiel reageert echter niet op de veranderingen die zich in de externe omgeving voordoen en bezit dus niet het vermogen om zowel de koeling als de verwarming te reguleren. De enige manier waarop wij mensen kunnen omgaan met veranderingen in de temperatuur in de omgeving is het kiezen en dragen van geschikte kleding.
Een nieuw uniek textiel
Wetenschappers van de Universiteit van Maryland, VS, hebben een innovatief weefsel ontwikkeld dat 'automatisch' de hoeveelheid warmte die door het lichaam gaat, kan regelen op basis van de externe weersomstandigheden. De stof is gemaakt van een speciaal ontworpen warmtegevoelig garen (polymeervezel) waarvan de strengen fungeren als een 'poort' voor de warmte (of infraroodstraling) om door te geven of te blokkeren. Deze 'poort' werkt heel intelligent op een zeer unieke manier. Als het buiten warm en vochtig is, vouwen de strengen van de vezel samen en klappen de vezel in, wat het openen van het weefsel mogelijk maakt. Eenmaal 'open' activeert de stof de koeling door de warmte die uitstraalt van ons lichaam te laten ontsnappen. Hierdoor voelen we ons koeler omdat de stof ook zonlicht weerkaatst. Als het buiten echter vrij droog en koud is, zet de vezel uit en sluit of verkleint de openingen om te voorkomen dat warmte ontsnapt, waardoor de persoon een warm gevoel krijgt. De stof stuurt dus dynamisch infraroodstraling in realtime door op basis van externe omgevingsomstandigheden.
Technologie erachter
De nieuwigheid van de stof is te danken aan het basisgaren dat bestaat uit twee tegengestelde soorten in de handel verkrijgbare synthetische stoffen materieel, hydrofiele cellulose en hydrofobe triacetaatvezels, die water absorberen of afstoten. De strengen van de vezel zijn gecoat met een geleidend metaal - een op koolstof gebaseerde lichtgewicht koolstofnanobuisjes - door een proces dat vergelijkbaar is met oplossingsverven dat gewoonlijk wordt gebruikt voor industrieel verven van synthetische vezels. Vanwege de dubbele eigenschappen kromt de vezel wanneer deze wordt blootgesteld aan vochtige omstandigheden zoals vochtigheid. De elektromagnetische koppeling tussen koolstofnanobuisjes in de coating wordt gewijzigd en werkt als een 'regulerende schakelaar'. Gebaseerd op deze verandering in elektromagnetische koppeling elke keer, blokkeert de stof de warmte of laat deze door. De persoon die de stof draagt, realiseert zich deze onderliggende activiteit niet, omdat de stof dit in minder dan een minuut heel direct doet. Het detecteert zelf de mate van thermisch ongemak van een persoon en kan de hoeveelheid uitgestraalde warmte met 35 procent variëren als de vochtigheidsgraad 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?
Voor het eerst is er een nieuwe stof gemaakt die helpt om een persoon warm te houden als het buiten koel en droog is en koel als het warm en vochtig is. Dit is inderdaad fascinerend! De stof kan worden gebreid of geverfd en ook worden gewassen op een manier die vergelijkbaar is met andere sportkleding. Er is waarschijnlijk meer onderzoek nodig om deze stof praktischer en bruikbaarder te maken voor dagelijks gebruik. Onderzoekers hopen in de nabije toekomst samen te werken met een productie-eenheid om kleding te produceren die is gemaakt van deze nieuwe stof. Deze ontdekking gepubliceerd in Wetenschap is innovatief en veelbelovend, aangezien een dergelijke stof gunstig kan zijn voor atleten, sporters, baby's en ouderen door hen comfort en het gevoel van normale kleding te bieden.
***
{U kunt de originele onderzoekspaper lezen door op de DOI-link hieronder in de lijst met geciteerde bron(nen) te klikken}
Bron (nen)
Zhang XA et al 2019. Dynamische poorten van infraroodstraling in een textiel. Wetenschap. 363 (6427).
http://doi.org/10.1126/science.aau1217
