Grafen smarte tekstiler udviklet til varmeadaptiv beklædning

Ny forskning i det todimensionelle (2-D) materiale grafen har gjort det muligt for forskere at skabe smart adaptivt tøj, som kan sænke kropstemperaturen på bæreren i varmt klima.

Et team af forskere fra University of Manchesters National Graphene Institute har skabt en prototypebeklædningsgenstand for at demonstrere dynamisk termisk strålingskontrol i et stykke tøj ved at bruge grafens bemærkelsesværdige termiske egenskaber og fleksibilitet. Udviklingen åbner også døren til nye applikationer som f.eks. interaktive infrarøde displays og skjult infrarød kommunikation på tekstiler.

Den menneskelige krop udstråler energi i form af elektromagnetiske bølger i det infrarøde spektrum (kendt som sortlegemestråling). I et varmt klima er det ønskeligt at udnytte den fulde udstrækning af den infrarøde stråling til at sænke kropstemperaturen, hvilket kan opnås ved at bruge infrarødt-transparente tekstiler. Hvad angår det modsatte tilfælde, infrarød-blokerende dæksler er ideelle til at minimere energitabet fra kroppen. Nødtæpper er et almindeligt eksempel, der bruges til at behandle ekstreme tilfælde af udsving i kropstemperaturen.

Det samarbejdende hold af videnskabsmænd demonstrerede den dynamiske overgang mellem to modsatte tilstande ved elektrisk at justere den infrarøde emissivitet (evnen til at udstråle energi) af grafenlag integreret på tekstiler.

Et-atom tykt grafen blev først isoleret og udforsket i 2004 på University of Manchester. Dets potentielle anvendelser er enorme, og forskning har allerede ført til spring fremad inden for kommercielle produkter, herunder; batterier, mobiltelefoner, sportsartikler og biler.

Den nye forskning offentliggjort i dag i tidsskriftet Nano bogstaver , demonstrerer, at den smarte optiske tekstilteknologi kan ændre dens termiske synlighed. Teknologien bruger grafenlag til at kontrollere termisk stråling fra tekstiloverflader.

Professor Coskun Kocabas, hvem ledede forskningen, sagde:"Evnen til at kontrollere den termiske stråling er en vigtig nødvendighed for flere kritiske applikationer såsom temperaturstyring af kroppen i ekstreme temperaturer klimaer. Termiske tæpper er et almindeligt eksempel, der bruges til dette formål. Men, at opretholde disse funktionaliteter, når omgivelserne opvarmes eller afkøles, har været en enestående udfordring. "

Prof Kocabas tilføjede:"Den vellykkede demonstration af modulering af optiske egenskaber på forskellige tekstilformer kan udnytte den allestedsnærværende anvendelse af fibrøse arkitekturer og muliggøre nye teknologier, der fungerer i infrarøde og andre områder af det elektromagnetiske spektrum til applikationer, herunder tekstildisplays, meddelelse, adaptive rumdragter, og mode."

Denne undersøgelse byggede på den samme gruppes tidligere forskning ved hjælp af grafen til at skabe termisk camouflage, som var i stand til at narre infrarøde kameraer. Den nye forskning kan også integreres i eksisterende massefremstillede tekstilmaterialer såsom bomuld. At demonstrere, holdet udviklede et prototypeprodukt i en t-shirt, der gør det muligt for bæreren at projicere kodede beskeder, der er usynlige for det blotte øje, men kan læses af infrarøde kameraer.

"Vi mener, at vores resultater rettidigt viser muligheden for at omdanne grafens exceptionelle optiske egenskaber til nye muliggørende teknologier. De demonstrerede egenskaber kan ikke opnås med konventionelle materialer.

"Det næste skridt for dette forskningsområde er at adressere behovet for dynamisk termisk styring af satellitter, der kredser om jorden. Satellitter i kredsløb oplever temperaturoverskridelser, når de står over for solen, og de fryser i jordens skygge. Vores teknologi kunne muliggøre dynamisk termisk styring af satellitter ved at kontrollere den termiske stråling og regulere satellittemperaturen efter behov." sagde Kocabas.

Professor Sir Kostya Novoselov var også involveret i forskningen:"Dette er en smuk effekt, iboende i den unikke båndstruktur af grafen. Det er virkelig spændende at se, at sådanne effekter giver anledning til disse højteknologiske applikationer." sagde han.

Papiret, "Graphene-aktiverede adaptive infrarøde tekstiler, " af Kocabas et al. er udgivet i Nano bogstaver .