Ondanks tientallen jaren van innovatie in stoffen met high-tech thermische eigenschappen die marathonlopers koel of alpine wandelaars warm houden, er is nog nooit een materiaal geweest dat zijn isolerende eigenschappen verandert als reactie op de omgeving. Tot nu.

Onderzoekers van de Universiteit van Maryland hebben een stof gemaakt die automatisch de hoeveelheid warmte die er doorheen gaat, kan regelen. Als de omstandigheden warm en vochtig zijn, zoals die in de buurt van een zwetend lichaam, de stof laat infraroodstraling (warmte) door. Wanneer de omstandigheden koeler en droger worden, de stof vermindert de warmte die ontsnapt. De ontwikkeling werd gemeld in de 8 februari, Nummer van het tijdschrift 2019 Wetenschap .

De onderzoekers creëerden de stof van speciaal ontworpen garen bedekt met een geleidend metaal. onder heet, vochtige omstandigheden, de strengen garen verdichten en activeren de coating, die de manier verandert waarop de stof interageert met infraroodstraling. Ze verwijzen naar de actie als "gating" van infraroodstraling, die fungeert als een afstembare jaloezie om warmte door te geven of te blokkeren.

"Dit is de eerste technologie waarmee we infraroodstraling dynamisch kunnen doorlaten, " zei Yu Huang Wang, een professor in de chemie en biochemie aan de UMD en een van de corresponderende auteurs van de paper die de studies leidde.

Het basisgaren voor dit nieuwe textiel is gemaakt met vezels die zijn gemaakt van twee verschillende synthetische materialen:het ene absorbeert water en het andere stoot het af. De strengen zijn gecoat met koolstof nanobuisjes, een speciale klasse van lichtgewicht, op koolstof gebaseerde, geleidend metaal. Omdat materialen in de vezels water weerstaan ​​en absorberen, de vezels trekken krom wanneer ze worden blootgesteld aan vochtigheid, zoals die rond een zwetend lichaam. Die vervorming brengt de draden dichter bij elkaar, die twee dingen doet. Eerst, het opent de poriën in de stof. Dit heeft een klein verkoelend effect omdat het warmte laat ontsnappen. Tweede, en vooral, het wijzigt de elektromagnetische koppeling tussen de koolstofnanobuisjes in de coating.

"Je kunt dit koppelingseffect zien als het buigen van een radioantenne om de golflengte of frequentie waarmee het resoneert te veranderen, " zei Wang. "Het is een heel vereenvoudigde manier om erover na te denken, maar stel je voor dat je twee antennes dicht bij elkaar brengt om het soort elektromagnetische golven te regelen die ze opvangen. Wanneer de vezels dichter bij elkaar worden gebracht, de straling waarmee ze interageren verandert. op het gebied van kleding, dat betekent dat de stof interageert met de warmte die uitstraalt van het menselijk lichaam."

Afhankelijk van de afstemming, de stof blokkeert infraroodstraling of laat deze door. De reactie is bijna onmiddellijk, dus voordat mensen beseffen dat ze het warm krijgen, het kledingstuk zou ze al kunnen afkoelen. Aan de andere kant, als een lichaam afkoelt, het dynamische poortmechanisme werkt omgekeerd om warmte vast te houden.

"Het menselijk lichaam is een perfecte radiator. Het geeft snel warmte af, " zei Min Ouyang, een professor in de natuurkunde aan de UMD en de andere corresponderende auteur van het artikel. "Voor de hele geschiedenis, de enige manier om de radiator te regelen is door kleren uit of aan te trekken. Maar deze stof is een echte bidirectionele regulator."

Volgens de Wetenschap papier, dit is het eerste textiel waarvan is aangetoond dat het de warmte-uitwisseling met de omgeving kan reguleren.

"Dit baanbrekende werk biedt een opwindende nieuwe schakelbare eigenschap voor comfortabele kleding, " zei Ray Baughman, een professor in de chemie aan de Universiteit van Texas die niet betrokken was bij het onderzoek. "Er was bekend dat textiel de porositeit verhoogt als reactie op zweet of stijgende temperatuur, evenals textiel dat de infrarode straling uitzendt die gepaard gaat met lichaamstemperaturen. Echter, niemand had eerder een manier gevonden om zowel de porositeit als de infraroodtransparantie van een textiel te veranderen om meer comfort te bieden in reactie op omgevingscondities."

Er is meer werk nodig voordat de stof op de markt kan worden gebracht, maar volgens de onderzoekers materialen die voor de basisvezel worden gebruikt, zijn gemakkelijk verkrijgbaar en de koolstofcoating kan gemakkelijk worden toegevoegd tijdens het standaard verfproces.

"Ik denk dat het heel opwindend is om dit gating-fenomeen toe te passen op de ontwikkeling van een textiel dat de functionaliteit van kleding en andere stoffen kan verbeteren, ' zei Ouyang.