Ett nytt dubbelt tyg inspirerat av isbjörnarnas svarta hud och vita päls använder värme som strålar ut från solen och inomhusbelysning för att fånga och bibehålla värmen. Tyget skulle kunna användas för att göra textilier för "personligt klimat" som väger 30 % mindre än bomull för ett visst område och håller bärarna varma vid temperaturer 10°C kallare.
Även om tygteknologier har utvecklats avsevärt under de senaste åren, saknas fortfarande en verkligt värmereglerande textil. Det nya materialet, skapat av forskare vid University of Massachusetts Amherst i USA åtgärdar man delvis detta gap genom att para ihop ett yttre skikt som sänder ut synligt ljus med ett basskikt som absorberar det samtidigt som det reflekterar ljus vid infraröda frekvenser.
"Det yttre lagret tar emot ljus från solen och överför sedan detta ljus ner till baslagret", förklarar gruppledaren Trisha L Andrew, en kemist och expert på bärbar elektronik på Amherst. "Det här är ungefär som hur en isbjörns päls, som i huvudsak är en naturlig fiberoptik, leder solljus ner till björnarnas hud. Huden absorberar ljuset och värmer björnen.”
Växthuseffekt på kroppen
Isbjörnar utvecklade sin kombination av mörk hud och vitt hår för att hålla sig varm i sin isiga livsmiljö genom att selektivt reflektera, absorbera eller sända strålning över de synliga och infraröda delarna av det elektromagnetiska spektrumet. Även om de exakta detaljerna i mekanismen inte är välstuderade, tror forskare att isolerande egenskaper med låg optisk densitet (ljusfärgade) som vit päls hjälper isbjörnar att uppnå en version av växthuseffekten på kroppen.
Något kontraintuitivt överför denna vita päls mycket mer strålning till björnens hud än mörkare hår skulle göra. Faktum är att "solutnyttjandefaktorn" - ett förhållande mellan utnyttjad värme och total solvärmevinst - för isbjörnar varierar från 10 % till 50 %. Detta höga utnyttjande förstärks ytterligare av isbjörnens hud, som är rik på melanin – en tät biopolymer som består av konjugerade enheter som har ett högt brytningsindex och absorberar ljus vid ett brett spektrum av våglängder.
Liknande termoreglerande ytor finns också hos andra djur, inklusive arter av nattfjärilar, fjärilar och fåglar som har anpassat sig för att leva i kalla men soliga klimat. Dessa ytor absorberar selektivt ljus i den synliga och nära-infraröda delen av spektrumet (där fototermisk uppvärmning sker), medan de reflekterar det över det infraröda området, där föremål spontant utstrålar värme enligt Plancks lag.
Vissa konstgjorda material reglerar också värmen på det här sättet och forskare har tidigare gjort textilbeläggningar av optiska material som MXene, kolnanorör och silvernanotrådar. De resulterande tygerna innehöll dock inte något synligt överförande yttre skikt för att förhindra att värme förloras till bärarens omgivning.
Ett alternativ till oorganiska eller kolnanomaterial
Vid utformningen av sitt nya basskikt undvek Andrew och kollegor oorganiska nanomaterial eller kolnanomaterial till förmån för nylon belagd med en mörk polymer som kallas poly(3,4-etylendioxitiofen), eller PEDOT. Denna polymer är särskilt väl lämpad för att tillverka textilier och har en hög optisk densitet samtidigt som den förblir lätt och flexibel.
För att testa den nya termiska textilen använde Amherst-teamet hud- och solsimulatorer. Dessa mätningar visade att när textilen utsätts för en måttlig ljusintensitet på 130 W/m2, håller den bäraren precis lika varm som bomullstyg – och vid temperaturer som är 10°C kallare – samtidigt som den väger 30 % mindre.
"Janus textil" kan hålla dig varm och kyla ner dig
"Vårt isbjörnstyg kan vara mycket användbart för att hantera rumsuppvärmning, som förbrukar enorma mängder energi, på ett mer energieffektivt sätt, genom att värma människor inomhus med hjälp av omgivande belysning istället för rumsuppvärmning," säger Andrew Fysikvärlden.
"Genom att fokusera energiresurser på det "personliga klimatet" runt kroppen kan detta tillvägagångssätt vara mycket mer hållbart än status quo, tillägger studiens huvudförfattare Wesley Viola.
Amherst-teamet undersöker nu hur man uppnår strålningskylning på kroppen, vilket kommer att vara avgörande eftersom klimatförändringarna pressar upp temperaturerna och värmeböljor blir vanligare även i tempererade områden.
Den nya termiska textilen beskrivs i ACS-tillämpat material och gränssnitt.
- SEO-drivet innehåll och PR-distribution. Bli förstärkt idag.
- PlatoAiStream. Web3 Data Intelligence. Kunskap förstärkt. Tillgång här.
- Minting the Future med Adryenn Ashley. Tillgång här.
- Köp och sälj aktier i PRE-IPO-företag med PREIPO®. Tillgång här.
- Källa: https://physicsworld.com/a/polar-bear-fur-inspires-solar-thermal-textiles/
