Naarmate smartwatches krachtiger worden, ze zullen meer warmte genereren. Om brandwonden of huiduitslag te voorkomen, wat als een materiaal dat de huid raakt zo koel als metaal zou kunnen aanvoelen, maar ook flexibel genoeg zijn om om de pols te dragen?

Een team van ingenieurs van Purdue University heeft ontdekt dat een type stof dat doorgaans wordt gebruikt voor wandeluitrusting opmerkelijke warmtegeleidende eigenschappen heeft die vergelijkbaar zijn met roestvrij staal, mogelijk leidend tot draagbare elektronica die zowel het apparaat als de huid van de drager met succes koelt.

Het materiaal is gemaakt van polyethyleenvezels met ultrahoog moleculair gewicht, die commercieel worden verkocht onder de merknaam Dyneema. Deze op polymeer gebaseerde stoffen worden op de markt gebracht vanwege hun hoge sterkte, duurzaamheid en slijtvastheid, en worden vaak gebruikt om kogelvrije vesten te maken, speciale sportuitrusting, touwen en netten.

Onderzoekers van Purdue-warmteoverdracht hebben onlangs andere toepassingen voor de stof onderzocht, namelijk als verkoelende interface tussen de menselijke huid en draagbare elektronica (zie een video over dit onderzoek op YouTube). Hun onderzoek is gepubliceerd in Wetenschappelijke rapporten .

"Deze stof heeft een grote flexibiliteit en thermische eigenschappen. Als je hem anders naait, weef het anders of begin de polymeren te mengen met verschillende materialen, u kunt de eigenschappen van de stof afstemmen op verschillende toepassingen, " zei Justin Weibel, een onderzoek universitair hoofddocent in Purdue's School of Mechanical Engineering.

Als een materiaal een hoge thermische geleidbaarheid heeft, dat betekent dat warmte gemakkelijker door het materiaal wordt afgevoerd. Er zijn veel warmteafvoermethoden voor stoffen, van de eenvoudige (vochtafvoerende); tot het ingewikkelde (conventionele stoffen met ingeweven warmtegeleidende draden); tot de zeer complexe (vloeistofgekoelde kledingstukken die door astronauten worden gedragen).

"Je volgende smartwatch of virtual reality-headset kan krachtiger zijn dan je huidige smartphone, dus we moeten warmte afvoeren van de elektronische componenten om de drager comfortabel te houden, " zei Aaditya Candadai, die onlangs zijn Ph.D. bij Purdu doet onderzoek naar dit project. "Deze polymeerstoffen hebben verbazingwekkende thermische eigenschappen die deze apparaten koeler kunnen houden en lichte brandwonden op de huid kunnen voorkomen."

Het team ontdekte deze eigenschappen door Dyneema te vergelijken met conventionele katoenen stoffen, evenals polyethyleen platen in stijve niet-geweven vorm. Ze verkregen verschillende commercieel vervaardigde stofmonsters en weefden zelfs hun eigen monsters van onbewerkte Dyneema-vezels.

De onderzoekers testten de stofstalen in het Birck Nanotechnology Centre in Purdue's Discovery Park. De monsters gingen in een kleine vacuümkamer, met een metalen draad over het oppervlak gelegd als warmtebron.

Met behulp van een infraroodmicroscoop ze konden gedetailleerde gegevens genereren over hoeveel warmte er door het oppervlak van de stof werd geleid, en in welke richting. Ze ontdekten dat de Dyneema-stof een 20-30 keer hogere thermische geleidbaarheid heeft dan andere stoffen, vergelijkbaar met staal.

Het team testte ook de flexibiliteit van de stof, wat belangrijk is voor draagbare elektronica.

"Er is een balans; we willen geen warmtegeleidende materialen maken die zo stijf zijn, mensen zullen het niet prettig vinden om ze te dragen, " Zei Candadai. "Deze polymeerstoffen hebben een goede geleidbaarheid en goede flexibiliteit."

De stof heeft van nature deze eigenschappen zonder extra circuits of andere apparatuur, maar de onderzoekers hebben ook plannen om te testen hoe weven in verschillende materialen de stof beïnvloedt.

"We zouden andere soorten vezels kunnen integreren - koolstofvezels, metaalvezels—om verschillende combinaties van eigenschappen te bereiken, " zei Amy Marconnet, een universitair hoofddocent werktuigbouwkunde.