Elektrisk opvarmede tekstiler nu muligt

Pendlere, skiløbere, krydsende vagter og andre, der tåler frosne fingre i koldt vejr, kan se frem til fremtidig nødhjælp, da producenter er klar til at drage fordel af en ny teknik til at skabe elektrisk opvarmet klud udviklet af materialeforsker Trisha Andrew og kolleger ved University of Massachusetts Amherst. De har lavet handsker, der holder fingrene lige så varme som håndfladen.

I et nyt blad i Anvendte materialer og grænseflader , forskerne beskriver, hvordan de bruger en dampaflejringsmetode til nanocoating af stof til at skabe sybare, vævbar, elektrisk opvarmet materiale. Den demonstrationshandske, de lavede, kan holde fingrene ristede i op til otte timer. Den tre-lags handske, med et lag belagt med den ledende polymer poly(3, 4-ethylendioxytiophen), også kendt som PEDOT, drives af et knapbatteri, der vejer 1,8 gram. En skilling vejer lige under 2,27 gram.

Forfatterne påpeger, "Letvægt, åndbare og kropstilpassede elektriske varmeapparater har potentialet til at ændre traditionelle tilgange til personlig varmestyring, medicinsk varmeterapi, lindring af ledsmerter og atletisk genoptræning."

Andrew siger, "Vi tog et par bomuldshandsker og coated fingrene for at tillade en lille mængde strøm at passere igennem, så de varmes op. Det er almindelig gammeldags bomuldsklud. Vi valgte at lave et par handsker, fordi fingrene kræver en høj krumning, der gør, at vi kan vise, at vores materiale er virkelig fleksibelt. Handsken er drevet af et lille møntbatteri og de kører på nano-ampere strøm, ikke nok til at føre strøm gennem din hud eller til at skade dig. Vores belægning virker, selv når den er helt nedsænket i vand, det vil ikke chokere dig, og vores lagdelte konstruktion betyder, at den ledende klud ikke kommer i kontakt med din hud."

Hun tilføjer, "Vi håber at få dette til at nå ud til forbrugerne som et rigtigt produkt i løbet af de næste par år. Måske vil det være to år til en prototype, og fem år til forbrugeren. Jeg tror, ​​det er den mest forbrugerklare enhed, vi har. Det er klar til at tage til næste fase."

Indtil for nylig, tekstilforskere har ikke brugt dampaflejring på grund af tekniske vanskeligheder og høje omkostninger ved opskalering fra laboratoriet. Men for nylig, producenterne oplever, at teknologien kan skaleres op, mens den forbliver omkostningseffektiv, siger forskerne. Ved at bruge dampaflejringsmetoden beskrevet i deres papir, Andrew og kolleger har også belagt tråde af et tykt bomuldsgarn, der almindeligvis bruges til sweatere. Det klarede sig godt og tilbyder en anden mulighed for at skabe opvarmet tøj, oplyser forfatterne.

Andrew siger, "En ting, der motiverede os til at lave dette produkt, er, at vi kunne få fleksibiliteten, den dejlige bløde følelse, mens det på samme tid er opvarmet, men ikke gør dig svedig. En fælles ting, vi hører fra pendlere, er, at om vinteren, de ville elske at have varmere fingre." I deres laboratorietests, hendes forskerhold rapporterer, fire fingre på testhandsken opvarmet til samme temperatur som håndfladen, og "brugeren kunne mærke varmen overført fra stofvarmerne til hendes fingre et par sekunder efter, at spændingen var påført."

Andrew og kemi postdoc-forsker Lushuai Zhang, med kemiingeniørstuderende Morgan Baima, udførte adskillige tests for at sikre, at deres handsker kunne holde til timers brug, hvidvaskning, river, reparationer og opladning natten over. Andrew bemærker, "Lige nu bruger vi et hyldebatteri, der holder i otte timer, men du skal bruge en genopladelig enhed for at gøre disse mere praktiske."

Yderligere, "Hvis du står på ski og river handsken i stykker, du kan reparere den bare ved at sy den sammen med almindelig tråd."

De sørgede for biokompatibilitetstest på et uafhængigt laboratorium, hvor musebindevævsceller blev udsat for PEDOT-coatede prøver og respons sammenlignet med positive og negative kontroller. De rapporterer, at deres PEDOT-coatede materialer er sikre til kontakt med menneskelig hud uden at forårsage uønskede reaktioner på de anvendte kemikalier.

De behandlede også spørgsmål om varme, fugt og hudkontaktstabilitet for at forhindre, at brugeren oplever elektrisk stød fra et vådt ledende element. Andrew siger, "Kemisk, det, vi bruger til at omgive den ledende klud, ligner polystyren, de ting, der bruges til at lave pakning af jordnødder. Den omgiver fuldstændigt det ledende materiale, så den elektriske leder aldrig bliver blotlagt."

Eksperimenterer med forskellige variabler i damp-nano-coating-processen, de fandt ud af, at justering af temperatur og kammertryk var vigtigt for at opnå optimal overfladedækning af stoffet. I en test af stoffets evne til at modstå revner, krøller eller andre ændringer ved opvarmning, de genererede en temperatur på 28 grader C (82,4 F) med forbindelse til et 4,5-V-batteri og 45 grader C (113 F) forbundet til et 6-V-batteri i en time, og fandt "ingen dramatiske morfologiændringer, "hvilket indikerer, at det PEDOT-coatede bomuldstekstil var robust og stabilt nok til at opretholde dets ydeevne", når det blev brugt som varmeelement.