forenzen, skiërs, kruisende bewakers en anderen die bevroren vingers verdragen bij koud weer, kunnen uitkijken naar toekomstige verlichting, aangezien fabrikanten klaar staan ​​​​om te profiteren van een nieuwe techniek voor het maken van elektrisch verwarmde doek, ontwikkeld door materiaalwetenschapper Trisha Andrew en collega's van de Universiteit van Massachusetts Amherst. Ze hebben handschoenen gemaakt die de vingers zo warm houden als de handpalm.

In een nieuwe krant in Toegepaste materialen en interfaces , de wetenschappers beschrijven hoe ze een dampafzettingsmethode gebruiken voor nano-coatingstof om naaibare, weefbaar, elektrisch verwarmd materiaal. De demonstratiehandschoen die ze hebben gemaakt, kan de vingers tot acht uur lang warm houden. De drielaagse handschoen, met een laag gecoat door het geleidende polymeer poly (3, 4-ethyleendioxytiofeen), ook bekend als PEDOT, worden aangedreven door een knoopbatterij met een gewicht van 1,8 gram. Een dubbeltje weegt net geen 2,27 gram.

De auteurs wijzen erop, "Lichtgewicht, ademende en lichaamsconforme elektrische verwarmingen hebben het potentieel om traditionele benaderingen van persoonlijk thermisch beheer te veranderen, medische warmtetherapie, gewrichtspijnverlichting en atletische revalidatie."

Andreas zegt, "We namen een paar katoenen handschoenen en bedekten de vingers om een ​​kleine hoeveelheid stroom door te laten, zodat ze warm worden. Het is een gewone ouderwetse katoenen doek. We hebben ervoor gekozen om een ​​paar handschoenen te maken omdat de vingers een hoge kromming nodig hebben, waardoor we kunnen laten zien dat ons materiaal echt flexibel is. De handschoen wordt aangedreven door een kleine knoopbatterij en ze werken op nano-ampère stroom, niet genoeg om stroom door je huid te laten gaan of je pijn te doen. Onze coating werkt zelfs wanneer deze volledig in het water is gedompeld, het zal je niet choqueren, en onze gelaagde constructie zorgt ervoor dat de geleidende doek niet in contact komt met je huid."

Zij voegt toe, "We hopen dat dit de komende jaren de consument als een echt product bereikt. Misschien duurt het twee jaar voor een prototype, en vijf jaar aan de consument. Ik denk dat dit het meest gebruiksklare apparaat is dat we hebben. Het is klaar om naar de volgende fase te gaan."

Tot voor kort, textielwetenschappers hebben geen dampafzetting gebruikt vanwege technische problemen en hoge kosten van opschaling vanuit het laboratorium. Maar onlangs, fabrikanten ontdekken dat de technologie kan worden opgeschaald en toch kosteneffectief blijft, zeggen de onderzoekers. Met behulp van de dampafzettingsmethode beschreven in hun paper, Andrew en collega's bedekten ook draden van een dik katoengaren dat gewoonlijk voor truien wordt gebruikt. Het presteerde goed en biedt een andere mogelijkheid voor het maken van verwarmde kleding, stellen de auteurs.

Andreas zegt, "Een ding dat ons motiveerde om dit product te maken, is dat we de flexibiliteit konden krijgen, het lekkere zachte gevoel, terwijl het tegelijkertijd verwarmd is maar je niet zweterig maakt. Een veelvoorkomend iets dat we van forenzen horen, is dat in de winter, ze zouden graag warmere vingers hebben." In hun laboratoriumtests, haar onderzoeksteam meldt, vier vingers van de testhandschoen opgewarmd tot dezelfde temperatuur als de handpalm, en "de drager kon een paar seconden nadat de spanning was aangebracht de warmte voelen overgedragen van de textielverwarmers naar haar vingers."

Andrew en chemie postdoctoraal onderzoeker Lushuai Zhang, met afgestudeerde student chemische technologie Morgan Baima, voerden verschillende tests uit om te verzekeren dat hun handschoenen urenlang konden worden gebruikt, witwassen, scheurt, reparaties en 's nachts opladen. Andreas merkt op, "Op dit moment gebruiken we een kant-en-klare batterij die acht uur meegaat, maar je zou een oplaadbare nodig hebben om deze praktischer te maken."

Verder, "Als je aan het skiën bent en je handschoen scheurt, je kunt het repareren door het gewoon weer aan elkaar te naaien met gewoon draad."

Ze regelden biocompatibiliteitstests in een onafhankelijk laboratorium waar bindweefselcellen van muizen werden blootgesteld aan PEDOT-gecoate monsters en reacties in vergelijking met positieve en negatieve controles. Ze melden dat hun PEDOT-gecoate materialen veilig zijn voor contact met de menselijke huid zonder nadelige reacties op de gebruikte chemicaliën te veroorzaken.

Ze gingen ook in op vragen over warmte, vocht- en huidcontactstabiliteit om te voorkomen dat de drager een elektrische schok krijgt door een nat geleidend element. Andreas zegt, "Chemisch, wat we gebruiken om de geleidende doek te omringen, lijkt op polystyreen, het spul dat wordt gebruikt om pinda's te verpakken. Het omringt het geleidende materiaal volledig, zodat de elektrische geleider nooit wordt blootgesteld."

Experimenteren met verschillende variabelen in het damp-nanocoatingproces, ze ontdekten dat het aanpassen van de temperatuur en de kamerdruk belangrijk waren voor het bereiken van een optimale oppervlaktedekking van het doek. In een test van het vermogen van de stof om barsten te weerstaan, kreuken of andere veranderingen bij verhitting, ze genereerden een temperatuur van 28 graden C (82,4 F) met aansluiting op een batterij van 4,5 V en 45 graden C (113 F) aangesloten op een batterij van 6 V gedurende een uur, en vond "geen dramatische morfologische veranderingen, " wat aangeeft dat het PEDOT-gecoate katoenen textiel robuust en stabiel genoeg was om zijn prestaties te behouden" bij gebruik als verwarmingselement.