Δημιουργήθηκε το πρώτο ευαίσθητο στη θερμοκρασία ύφασμα που μπορεί να ρυθμίσει την ανταλλαγή θερμότητας του σώματός μας με το περιβάλλον
Το σώμα μας απορροφά ή χάνει θερμότητα in the form of infrared radiation. At room temperature around 40 percent of heart transfer occurs in this manner. Human body is a radiator and we use clothing as a means to enable this regulation as different fabrics trap infrared radiation and keep us warm or cool by regulating the temperature. Scientists have desired for very long to develop a fabric which could also release this energy rather than only trap it, so as to keep our body passively cool. However, textiles do not respond to the changes occurring in the external environment and so they do not possess the ability to regulate both cooling and heating. The only way for us humans to cope with change in temperature in the environment has been to choose and wear appropriate clothing.
Ένα νέο μοναδικό ύφασμα
Επιστήμονες από το Πανεπιστήμιο του Μέριλαντ των ΗΠΑ δημιούργησαν ένα καινοτόμο ύφασμα που θα μπορούσε «αυτόματα» να ρυθμίζει την ποσότητα της θερμότητας που περνά από το σώμα ενός ατόμου σύμφωνα με τις εξωτερικές καιρικές συνθήκες. Το ύφασμα είναι κατασκευασμένο από ένα ειδικά κατασκευασμένο νήμα ευαίσθητο στη θερμότητα (πολυμερής ίνα) του οποίου οι κλώνοι λειτουργούν ως «πύλη» για τη μετάδοση ή την φραγή της θερμότητας (ή της υπέρυθρης ακτινοβολίας). Αυτή η «πύλη» λειτουργεί αρκετά έξυπνα με έναν πολύ μοναδικό τρόπο. Όταν ο εξωτερικός καιρός είναι ζεστός και υγρός, τα νήματα της συμπαγούς ίνας και της ίνας καταρρέουν, γεγονός που επιτρέπει το άνοιγμα της ύφανσης του υφάσματος. Μόλις «ανοιχθεί», το ύφασμα ενεργοποιεί την ψύξη επιτρέποντας στη θερμότητα που εκπέμπεται από το σώμα μας να διαφύγει. Αυτό μας κάνει να νιώθουμε πιο δροσεροί καθώς το ύφασμα αντανακλά επίσης το φως του ήλιου. Αντίθετα, όταν ο εξωτερικός καιρός είναι μάλλον ξηρός και κρύος, η ίνα διαστέλλεται και κλείνει ή μειώνει τα κενά για να αποτρέψει τη διαφυγή της θερμότητας κάνοντας το άτομο να αισθάνεται ζεστό. Έτσι, το ύφασμα πυλώνει δυναμικά την υπέρυθρη ακτινοβολία σε πραγματικό χρόνο με βάση τις εξωτερικές περιβαλλοντικές συνθήκες.
Η τεχνολογία πίσω από αυτό
Η καινοτομία του υφάσματος οφείλεται στο νήμα βάσης του, το οποίο αποτελείται από δύο αντίθετα είδη συνθετικών που διατίθενται στο εμπόριο υλικά, υδρόφιλη κυτταρίνη και υδρόφοβες τριοξικές ίνες, που είτε απορροφούν είτε απωθούν το νερό. Οι κλώνοι της ίνας επικαλύπτονται με ένα αγώγιμο μέταλλο – έναν ελαφρύ νανοσωλήνα άνθρακα με βάση τον άνθρακα – με μια διαδικασία παρόμοια με τη βαφή διαλύματος που χρησιμοποιείται συνήθως για τη βιομηχανική βαφή συνθετικών ινών. Λόγω των διπλών ιδιοτήτων της, η ίνα στρεβλώνεται όταν εκτίθεται σε υγρές συνθήκες όπως η υγρασία. Η ηλεκτρομαγνητική σύζευξη μεταξύ νανοσωλήνων άνθρακα στο εσωτερικό της επικάλυψης τροποποιείται, η οποία λειτουργεί σαν «ρυθμιστικός διακόπτης». Με βάση αυτή την αλλαγή στην ηλεκτρομαγνητική σύζευξη κάθε φορά, το ύφασμα είτε εμποδίζει τη θερμότητα είτε της επιτρέπει να περάσει. Το άτομο που φορά το ύφασμα δεν αντιλαμβάνεται αυτήν την υποκείμενη δραστηριότητα, καθώς το ύφασμα το κάνει αυτό πολύ αμέσως σε λιγότερο από ένα λεπτό. Αισθάνεται τα επίπεδα θερμικής δυσφορίας ενός ατόμου από μόνο του και μπορεί να ποικίλλει την ποσότητα της θερμότητας που εκπέμπεται κατά 35 τοις εκατό καθώς αλλάζει το επίπεδο υγρασίας κάτω από το δέρμα του.
Σε ένα πρακτικό πείραμα, η ομάδα έπλεξε ένα δείγμα 0.5 m2 για να δείξει επεκτασιμότητα για μελλοντική κατασκευή. Η αλλαγή της απόστασης των ινών σε υγρές και ξηρές συνθήκες καταγράφηκε σε πραγματικό χρόνο χρησιμοποιώντας ομοεστιακή μικροσκοπία φθορισμού και ένα φθορίζον βαμμένο δείγμα του υφάσματος. Για να ποσοτικοποιήσουν την απόδοση της ίνας, χρησιμοποίησαν ένα φασματόμετρο υπερύθρων μετασχηματισμού Fourier συνδεδεμένο σε έναν περιβαλλοντικό θάλαμο μεταβαλλόμενης υγρασίας που περιείχε ένα μικρό δείγμα από το ύφασμα. Παρατήρησαν ότι το ύφασμα θα μπορούσε να επιτύχει 35 τοις εκατό σχετική αλλαγή στην υπέρυθρη μετάδοση. Το ύφασμα θα μπορούσε να αλλάξει αποτελεσματικά από τη λειτουργία ψύξης σε θέρμανση σε λιγότερο από ένα λεπτό σε όλα τα πειράματα.
Είναι πρακτικό σαν αληθινό ρούχο;
Δημιουργήθηκε για πρώτη φορά ένα νέο ύφασμα που βοηθά στο να κάνει ένα άτομο να παραμένει ζεστό όταν ο εξωτερικός καιρός είναι δροσερός και ξηρός και δροσερό όταν ο καιρός είναι ζεστός και υγρός. Αυτό είναι πραγματικά συναρπαστικό! Το ύφασμα θα μπορούσε να είναι πλεκτό ή βαμμένο και επίσης να πλυθεί με τρόπο παρόμοιο με άλλα αθλητικά ρούχα. Πιθανότατα απαιτείται περισσότερη έρευνα για να γίνει αυτό το ύφασμα πιο πρακτικό και χρήσιμο για καθημερινή χρήση. Οι ερευνητές ελπίζουν να συνεργαστούν με μια μονάδα παραγωγής στο εγγύς μέλλον για την παραγωγή ρούχων από αυτό το νέο ύφασμα. Αυτή η ανακάλυψη δημοσιεύτηκε στο Επιστήμη είναι καινοτόμο και πολλά υποσχόμενο καθώς ένα τέτοιο ύφασμα θα μπορούσε να είναι ευεργετικό για αθλητές, αθλητές, βρέφη και ηλικιωμένους, παρέχοντάς τους άνεση και αίσθηση κανονικού ρουχισμού.
***
{Μπορείτε να διαβάσετε την αρχική ερευνητική εργασία κάνοντας κλικ στον σύνδεσμο DOI που δίνεται παρακάτω στη λίστα των αναφερόμενων πηγών}
Πηγές)
Zhang XA et al 2019. Δυναμική πύλη υπέρυθρης ακτινοβολίας σε ένα ύφασμα. Επιστήμη. 363 (6427).
http://doi.org/10.1126/science.aau1217
