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Ein einzigartiges Textilgewebe mit selbstanpassender Wärmeemission

INGENIEURWISSENSCHAFTENEin einzigartiges Textilgewebe mit selbstanpassender Wärmeemission

Das erste temperaturempfindliche Textil ist entstanden, das den Wärmeaustausch unseres Körpers mit der Umgebung regulieren kann

Unser Körper absorbiert oder verliert Hitze in Form von Infrarotstrahlung. Bei Raumtemperatur finden auf diese Weise etwa 40 Prozent der Herzübertragung statt. Der menschliche Körper ist ein Strahler und wir verwenden Kleidung als Mittel, um diese Regulierung als anders zu ermöglichen Stoffe fangen Infrarotstrahlung ein und halten uns warm oder kühl, indem sie die Temperatur regulieren. Wissenschaftler haben schon lange den Wunsch, ein Gewebe zu entwickeln, das diese Energie auch freisetzt und nicht nur einfängt, um unseren Körper passiv kühl zu halten. Jedoch, Textilien reagieren nicht auf die in der äußeren Umgebung auftretenden Veränderungen und besitzen daher nicht die Fähigkeit, sowohl das Kühlen als auch das Heizen zu regulieren. Die einzige Möglichkeit für uns Menschen, mit Temperaturschwankungen in der Umwelt fertig zu werden, war die Wahl und das Tragen geeigneter Kleidung.

Ein neues einzigartiges Textil

Wissenschaftler der University of Maryland, USA, haben ein innovatives Gewebe entwickelt, das die Wärmemenge, die durch den Körper einer Person fließt, entsprechend den äußeren Wetterbedingungen "automatisch" regulieren kann. Das Gewebe besteht aus einem speziell entwickelten wärmeempfindlichen Garn (Polymerfaser), dessen Stränge als "Tor" für die Wärme (oder Infrarotstrahlung) dienen, um sie zu übertragen oder zu blockieren. Dieses 'Tor' funktioniert auf ganz einzigartige Weise sehr intelligent. Bei heißem und feuchtem Wetter verdichten sich die Faserstränge und die Faser kollabiert, wodurch das Gewebe geöffnet werden kann. Einmal „geöffnet“, aktiviert das Gewebe die Kühlung, indem es die von unserem Körper ausgehende Wärme entweichen lässt. Dadurch fühlen wir uns kühler, da der Stoff auch das Sonnenlicht reflektiert. Bei eher trockenem und kaltem Wetter dehnt sich die Faser hingegen aus und schließt oder verkleinert die Lücken, um zu verhindern, dass Wärme entweicht und sich die Person warm anfühlt. Das Gewebe filtert also dynamisch Infrarotstrahlung in Echtzeit basierend auf den äußeren Umgebungsbedingungen.

Technik dahinter

Die Neuheit des Stoffes liegt an seinem Basisgarn, das aus zwei gegensätzlichen Arten von handelsüblichem Synthetik besteht Materialien, hydrophile Cellulose und hydrophobe Triacetatfasern, die Wasser entweder absorbieren oder abstoßen. Die Stränge der Faser werden mit einem leitfähigen Metall – leichten Kohlenstoff-Nanoröhrchen auf Kohlenstoffbasis – in einem Verfahren beschichtet, das dem Lösungsfärben ähnlich ist, das üblicherweise zum industriellen Färben von synthetischen Fasern verwendet wird. Aufgrund der doppelten Eigenschaften verformt sich die Faser, wenn sie feuchten Bedingungen wie Feuchtigkeit ausgesetzt wird. Die elektromagnetische Kopplung zwischen den Kohlenstoff-Nanoröhren innerhalb der Beschichtung wird modifiziert, was wie ein 'regulierender Schalter' wirkt. Basierend auf dieser Änderung der elektromagnetischen Kopplung jedes Mal blockiert das Gewebe entweder Wärme oder lässt sie durch. Die Person, die den Stoff trägt, bemerkt diese zugrunde liegende Aktivität nicht, da der Stoff dies sehr augenblicklich in weniger als einer Minute tut. Es erkennt selbst den Grad des thermischen Unbehagens einer Person und kann die Menge der abgestrahlten Wärme um 35 Prozent variieren, wenn sich die Luftfeuchtigkeit unter der Haut ändert.

In einem praktischen Experiment strickte das Team ein 0.5 m2 großes Muster, um die Skalierbarkeit für die zukünftige Herstellung zu demonstrieren. Die Verschiebung des Faserabstands unter feuchten und trockenen Bedingungen wurde in Echtzeit mit konfokaler Fluoreszenzmikroskopie und einem fluoreszierend gefärbten Stoffmuster erfasst. Um die Faserleistung zu quantifizieren, verwendeten sie ein Fourier-Transformations-IR-Spektrometer, das an einer Klimakammer mit unterschiedlicher Luftfeuchtigkeit angebracht war ein kleines Stoffmuster. Sie beobachteten, dass der Stoff eine relative Änderung der Infrarotdurchlässigkeit von 35 Prozent erreichen konnte. Der Stoff konnte in allen Experimenten in weniger als einer Minute effizient vom Kühl- in den Heizmodus wechseln.

Ist es als echte Kleidung praktisch?

Zum ersten Mal wurde ein neuartiger Stoff entwickelt, der dazu beiträgt, dass eine Person warm bleibt, wenn das Wetter draußen kühl und trocken ist, und kühl, wenn das Wetter heiß und feucht ist. Das ist in der Tat faszinierend! Der Stoff könnte gestrickt oder gefärbt und auch ähnlich wie andere Sportbekleidung gewaschen werden. Es ist wahrscheinlich mehr Forschung erforderlich, um diesen Stoff praktischer und nützlicher für den täglichen Gebrauch zu machen. Die Forscher hoffen, in naher Zukunft mit einer Produktionseinheit zusammenzuarbeiten, um Kleidung aus diesem neuartigen Stoff herzustellen. Diese Entdeckung veröffentlicht in Wissenschaft ist innovativ und vielversprechend, da ein solcher Stoff für Sportler, Sportler, Säuglinge und ältere Menschen von Vorteil sein könnte, indem er ihnen den Komfort und das Gefühl von normaler Kleidung bietet.

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{Sie können das ursprüngliche Forschungspapier lesen, indem Sie auf den unten angegebenen DOI-Link in der Liste der zitierten Quellen klicken}

Quelle (n)

Zhang XA et al 2019. Dynamisches Gating von Infrarotstrahlung in einem Textil. Wissenschaft. 363(6427).
http://doi.org/10.1126/science.aau1217

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