Nieuw onderzoek naar het tweedimensionale (2-D) materiaal grafeen heeft onderzoekers in staat gesteld om slimme adaptieve kleding te maken die de lichaamstemperatuur van de drager in warme klimaten kan verlagen.

Een team van wetenschappers van het National Graphene Institute van de Universiteit van Manchester heeft een prototype kledingstuk gemaakt om dynamische thermische stralingscontrole in een kledingstuk te demonstreren door gebruik te maken van de opmerkelijke thermische eigenschappen en flexibiliteit van grafeen. De ontwikkeling opent ook de deur naar nieuwe toepassingen zoals, interactieve infrarooddisplays en geheime infraroodcommunicatie op textiel.

Het menselijk lichaam straalt energie uit in de vorm van elektromagnetische golven in het infraroodspectrum (bekend als blackbody-straling). In een warm klimaat is het wenselijk om de volledige omvang van de infraroodstraling te benutten om de lichaamstemperatuur te verlagen, wat kan worden bereikt door infrarood-transparante textiel te gebruiken. Wat het tegenovergestelde geval betreft, infrarood-blokkerende hoezen zijn ideaal om het energieverlies van het lichaam te minimaliseren. Nooddekens zijn een veelvoorkomend voorbeeld dat wordt gebruikt om extreme gevallen van schommelingen in de lichaamstemperatuur aan te pakken.

Het samenwerkende team van wetenschappers demonstreerde de dynamische overgang tussen twee tegengestelde toestanden door de infraroodemissiviteit (het vermogen om energie uit te stralen) van grafeenlagen die op textiel zijn geïntegreerd elektrisch af te stemmen.

Grafeen met een dikte van één atoom werd voor het eerst geïsoleerd en onderzocht in 2004 aan de Universiteit van Manchester. Het potentiële gebruik ervan is enorm en onderzoek heeft al geleid tot sprongen voorwaarts in commerciële producten, waaronder; batterijen, mobieltjes, sportartikelen en auto's.

Het nieuwe onderzoek dat vandaag in het tijdschrift is gepubliceerd Nano-letters , toont aan dat de slimme optische textieltechnologie de thermische zichtbaarheid kan veranderen. De technologie maakt gebruik van grafeenlagen om de thermische straling van textieloppervlakken te beheersen.

Professor Coskun Kocabas, die het onderzoek leidde, zei:"Het vermogen om de thermische straling te beheersen is een essentiële noodzaak voor verschillende kritieke toepassingen, zoals temperatuurbeheer van het lichaam in klimaten met extreme temperaturen. Thermische dekens zijn een veelvoorkomend voorbeeld dat voor dit doel wordt gebruikt. het handhaven van deze functionaliteiten als de omgeving opwarmt of afkoelt, was een uitstekende uitdaging."

Prof Kocabas voegde toe:"De succesvolle demonstratie van de modulatie van optische eigenschappen op verschillende vormen van textiel kan het alomtegenwoordige gebruik van vezelachtige architecturen benutten en nieuwe technologieën mogelijk maken die in het infrarood en andere gebieden van het elektromagnetische spectrum werken voor toepassingen zoals textieldisplays, communicatie, adaptieve ruimtepakken, en mode."

Deze studie bouwde voort op het eerdere onderzoek van dezelfde groep waarbij grafeen werd gebruikt om thermische camouflage te creëren die infraroodcamera's voor de gek kon houden. Het nieuwe onderzoek kan ook worden geïntegreerd in bestaande textielmaterialen voor massaproductie, zoals katoen. Laten zien, het team ontwikkelde een prototypeproduct in een t-shirt waarmee de drager gecodeerde berichten kan projecteren die onzichtbaar zijn voor het blote oog maar leesbaar zijn door infraroodcamera's.

"Wij zijn van mening dat onze resultaten op het juiste moment de mogelijkheid laten zien om de uitzonderlijke optische eigenschappen van grafeen om te zetten in nieuwe ondersteunende technologieën. De aangetoonde mogelijkheden kunnen niet worden bereikt met conventionele materialen.

"De volgende stap voor dit onderzoeksgebied is om in te spelen op de behoefte aan dynamisch thermisch beheer van satellieten in een baan om de aarde. Satellieten in een baan ervaren te hoge temperaturen, wanneer ze naar de zon kijken en ze bevriezen in de schaduw van de aarde. Onze technologie kan dynamisch thermisch beheer van satellieten mogelijk maken door de thermische straling te beheersen en de satelliettemperatuur op aanvraag te regelen", aldus Kocabas.

Professor Sir Kostya Novoselov was ook betrokken bij het onderzoek:"Dit is een prachtig effect, intrinsiek gerouteerd in de unieke bandstructuur van grafeen. Het is echt opwindend om te zien dat dergelijke effecten aanleiding geven tot deze hightech toepassingen." zei hij.

De krant, "Grafeen-enabled adaptief infrarood textiel, " door Kocabas et al, is gepubliceerd in Nano-letters .