בד טקסטיל ייחודי עם פליטת חום מתכווננת עצמית

נוצר הטקסטיל הרגיש לטמפרטורה הראשון שיכול לווסת את גופנו חוֹם החלפה עם סביבה

הגוף שלנו סופג או מאבד חוֹם בצורה של קרינת אינפרא אדומה. בטמפרטורת החדר בערך 40 אחוז מהעברת הלב מתרחשת בצורה זו. בן אנוש הגוף הוא רדיאטור ואנו משתמשים בבגדים כאמצעי לאפשר ויסות זה, שכן בדים שונים לוכדים קרינת אינפרא אדומה ושומרים עלינו חמימים או קרירים על ידי ויסות הטמפרטורה. מדענים רצו במשך זמן רב מאוד לפתח בד שיוכל גם לשחרר את האנרגיה הזו ולא רק ללכוד אותה, כדי לשמור על הגוף שלנו קריר באופן פסיבי. עם זאת, טקסטיל אינו מגיב לשינויים המתרחשים בחיצוניות סביבה ולכן אין להם את היכולת לווסת גם את הקירור וגם את החימום. הדרך היחידה שלנו, בני האדם, להתמודד עם שינויי הטמפרטורה בסביבה הייתה לבחור וללבוש בגדים מתאימים.

טקסטיל ייחודי חדש

מדענים מאוניברסיטת מרילנד, ארה"ב יצרו בד חדשני שיכול לווסת "אוטומטית" את כמות החום העובר בגופו של אדם בהתאם לתנאי מזג האוויר החיצוניים. הבד עשוי מחוט רגיש לחום שהונדס במיוחד (סיבי פולימר) שגדיליו משמשים כ'שער' להעברת החום (או קרינת האינפרא אדום) או לחסימה. ה'שער' הזה עובד בצורה חכמה למדי בצורה מאוד ייחודית. כשהחוץ מזג אוויר חם ולח, גדילי ה-fibercompact והסיבים מתמוטטים מה שמאפשר פתיחת אריגת הבד. ברגע שהוא 'פתוח', הבד מפעיל קירור בכך שהוא מאפשר לחום המוקרן מהגוף שלנו לברוח. זה גורם לנו להרגיש קרירים יותר מכיוון שהבד גם משקף את אור השמש. לעומת זאת, כאשר מזג האוויר בחוץ יבש וקר למדי, הסיבים מתרחבים ונסגרים או מצמצמים את הפערים כדי למנוע בריחת חום מה שגורם לאדם להרגיש חם. אז, הבד משער באופן דינמי קרינת אינפרא אדום בזמן אמת בהתבסס על תנאי סביבה חיצוניים.

הטכנולוגיה מאחורי זה

החידוש של הבד נובע מחוט הבסיס שלו המורכב משני סוגים מנוגדים של סינטטי זמין מסחרית חומרים, תאית הידרופיליה וסיבי טריאצטט הידרופוביים, שסופגים או דוחים מים. גדילי הסיבים מצופים במתכת מוליכה - ננו-צינוריות פחמן קלות על בסיס פחמן - בתהליך דומה לצביעת תמיסה המשמשת בדרך כלל לצביעה תעשייתית של סיבים סינתטיים. בגלל התכונות הכפולות, הסיבים מתעוותים כאשר הם נחשפים לתנאי לחות כמו לחות. הצימוד האלקטרומגנטי בין ננו-צינורות פחמן בתוך הציפוי משתנה אשר פועל כמו 'מתג-וויסות'. בהתבסס על שינוי זה בצימוד האלקטרומגנטי בכל פעם, בד או חוסם חום או מאפשר לו לעבור דרכו. האדם שלובש את הבד אינו מבין את הפעילות הבסיסית הזו מכיוון שהבד עושה זאת באופן מיידי תוך פחות מדקה. הוא חש רמות של אי נוחות תרמית של אדם בעצמו ויכול לשנות את כמות הקרנת החום ב-35 אחוזים ככל שרמת הלחות מתחת לעור משתנה.

בניסוי מעשי, הצוות סרג דוגמית בגודל 0.5 מ"ר כדי להראות מדרגיות לייצור עתידי. השינוי במרווח הסיבים בתנאים לחים ויבשים נקלט בזמן אמת באמצעות מיקרוסקופ פלואורסצנטי קונפוקאלי ודוגמית צביעה פלואורסצנטית של הבד. כדי לכמת את ביצועי הסיבים, הם השתמשו בספקטרומטר IR בעל טרנספורמציה פורייה המחובר לתא סביבתי משתנה בלחות המכיל דוגמית קטנה של הבד. הם הבחינו שהבד יכול להשיג שינוי יחסי של 2 אחוז בהעברת אינפרא אדום. הבד יכול לעבור ביעילות ממצב קירור לחימום תוך פחות מדקה בכל הניסויים.

האם זה פרקטי כמו לבוש אמיתי?

בד חדש נוצר לראשונה שעוזר לגרום לאדם להישאר חם כאשר מזג האוויר בחוץ קריר ויבש וקריר כאשר מזג האוויר חם ולח. זה אכן מרתק! ניתן לסרוג או לצבוע את הבד וגם לשטוף אותו בצורה דומה לבגדי ספורט אחרים. יש צורך במחקר נוסף כדי להפוך את הבד הזה ליותר פרקטי ושימושי לשימוש יומיומי. החוקרים מקווים לשתף פעולה עם יחידת ייצור בעתיד הקרוב כדי לייצר בגדים העשויים מבד חדש זה. תגלית זו פורסמה ב מדע הוא חדשני ומבטיח שכן בד כזה יכול להועיל לספורטאים, ספורטאים, תינוקות ואנשים מבוגרים בכך שהוא מספק להם נוחות ותחושה של לבוש רגיל.

***

{תוכל לקרוא את עבודת המחקר המקורית על ידי לחיצה על קישור ה-DOI המופיע להלן ברשימת המקורות המצוטטים}

מקור (ים)

Zhang XA et al 2019. שער דינמי של קרינת אינפרא אדום בטקסטיל. מדע. 363 (6427).
http://doi.org/10.1126/science.aau1217