Forskere udvikler det første stof til automatisk at afkøle eller isolere afhængigt af forholdene

På trods af årtiers innovation i stoffer med højteknologiske termiske egenskaber, der holder maratonløbere kølige eller alpine vandrere varme, der har aldrig været et materiale, der ændrer sine isolerende egenskaber som reaktion på miljøet. Indtil nu.

University of Maryland forskere har skabt et stof, der automatisk kan regulere mængden af ​​varme, der passerer gennem det. Når forholdene er varme og fugtige, såsom dem i nærheden af ​​en svedende krop, stoffet tillader infrarød stråling (varme) at passere igennem. Når forholdene bliver køligere og tørrere, stoffet reducerer den varme, der slipper ud. Udviklingen blev rapporteret den 8. februar, 2019 udgave af tidsskriftet Videnskab .

Forskerne skabte stoffet af specialfremstillet garn belagt med et ledende metal. Under varmt, fugtige forhold, trådene af garn komprimerer og aktiverer belægningen, som ændrer den måde, hvorpå stoffet interagerer med infrarød stråling. De omtaler handlingen som "gating" af infrarød stråling, som fungerer som et justerbart persienn til at overføre eller blokere varme.

"Dette er den første teknologi, der giver os mulighed for dynamisk at styre infrarød stråling, " sagde YuHuang Wang, en professor i kemi og biokemi ved UMD og en af ​​avisens tilsvarende forfattere, der ledede undersøgelserne.

Basisgarnet til dette nye tekstil er lavet med fibre lavet af to forskellige syntetiske materialer - det ene absorberer vand, og det andet afviser det. Strengene er belagt med kulstof nanorør, en særlig klasse af letvægts, kulstofbaseret, ledende metal. Fordi materialer i fibrene både modstår og absorberer vand, fibrene deformeres, når de udsættes for fugt som den, der omgiver en svedende krop. Den forvrængning bringer garntrådene tættere sammen, som gør to ting. Først, det åbner porerne i stoffet. Dette har en lille kølende effekt, fordi det tillader varmen at slippe ud. Sekund, og vigtigst af alt, det modificerer den elektromagnetiske kobling mellem kulstofnanorørene i belægningen.

"Du kan tænke på denne koblingseffekt som bøjningen af ​​en radioantenne for at ændre bølgelængden eller frekvensen, den resonerer med, " sagde Wang. "Det er en meget forenklet måde at tænke det på, men forestil dig at bringe to antenner tæt sammen for at regulere den slags elektromagnetiske bølger, de opfanger. Når fibrene bringes tættere sammen, den stråling, de interagerer med, ændres. I tøj, det betyder, at stoffet interagerer med varmen, der udstråler fra den menneskelige krop."

Afhængig af tuning, stoffet blokerer enten for infrarød stråling eller tillader det at passere igennem. Reaktionen er næsten øjeblikkelig, så før folk opdager, at de bliver varme, tøjet kunne allerede køle dem ned. På bagsiden, som en krop køler ned, den dynamiske portmekanisme arbejder omvendt for at fange varmen.

"Den menneskelige krop er en perfekt radiator. Den afgiver varme hurtigt, " sagde Min Ouyang, en professor i fysik ved UMD og avisens anden tilsvarende forfatter. "For hele historien, den eneste måde at regulere radiatoren på har været at tage tøj af eller tage tøj på. Men dette stof er en sand tovejsregulator."

Ifølge Videnskab papir, dette er det første tekstil, der har vist sig at være i stand til at regulere varmeudvekslingen med miljøet.

"Dette banebrydende arbejde giver en spændende ny omskiftelig egenskab til komfortjusterende beklædning, " sagde Ray Baughman, en professor i kemi ved University of Texas, som ikke var involveret i undersøgelsen. "Tekstiler var kendt, der øger porøsiteten som reaktion på sved eller stigende temperatur, samt tekstiler, der transmitterer den infrarøde stråling, der er forbundet med kropstemperaturer. Imidlertid, ingen før havde fundet en måde at ændre både porøsiteten og den infrarøde gennemsigtighed af et tekstil for at give øget komfort som reaktion på miljøforhold."

Der skal mere arbejde til, før stoffet kan kommercialiseres, men ifølge forskerne, materialer, der bruges til basisfiberen, er let tilgængelige, og kulstofbelægningen kan nemt tilføjes under standardfarvningsprocesser.

"Jeg synes, det er meget spændende at kunne anvende dette gating-fænomen til udviklingen af ​​et tekstil, der har evnen til at forbedre funktionaliteten af ​​tøj og andre stoffer, " sagde Ouyang.