تولید اولین پارچه عایق و مقاوم حرارتی توسط دانشمندان

 با وجود ده‌ها سال نوآوری در زمینه‌ی تولید پارچه‌هایی با خواص حرارتی که با اهدافی مثل خنک کردن دوندگان ماراتن یا گرم نگه داشتن کوهنوردان طراحی شده است، تاکنون هرگز ماده‌ای با ویژگی‌های عایق متغیر و واکنش به محیط طراحی نشده بود.

اما اخیرا پژوهشگرهای دانشگاه مریلند (UMD) موفق به ساخت پارچه‌ای شدند که می‌تواند خود را با دمای محیط تطبیق دهد. این پارچه در شرایط گرم و مرطوب مانند تعریق بدن، مانع از عبور حرارت به بیرون می‌شود. این اختراع در تاریخ ۸ فوریه‌ی ۲۰۱۹ در مجله‌ی Science اعلام شد.

 این پارچه از یک پوشش نخی و فلز رسانا ساخته شده است. رشته‌های الیاف در شرایط گرم و مرطوب فشرده می‌شوند و این پوشش را فعال می‌کنند، به این صورت واکنش پارچه نسبت به تشعشعات مادون قرمز تغییر می‌کند و به‌عنوان مانعی برای عبور یا مسدود کردن گرما عمل می‌کند. به‌گفته‌ی یوهوانگ وانگ، استاد شیمی و بیوشیمی در UMD و یکی از مؤلفان این مقاله:

این فناوری در نوع خود اولین فناوری است که امکان تغییر تناوب اشعه‌ی مادون قرمز را می‌دهد.

استاد شیمی و بیوشیمی دانشگاه مریلند، یوهوانگ وانگ (چپ) و استاد فیزیک، مین اویانگ یک تکه از پارچه‌ی جدید خود را نگه‌داشته‌اند. خاصیت‌های عایق این پارچه به‌صورت خودکار برای گرمایش یا سرمایش بدن انسان تغییر می‌کنند.

الیاف پایه‌ی این پارچه از فیبرهایی ساخته شده است که از دو ماده‌ی متفاوت ترکیبی تشکیل شده‌اند (یکی از فیبرها آب را جذب می‌کند و دیگری آن را دفع می‌کند). رشته‌ها با نانولوله‌های کربنی پوشیده شده‌اند که یک نوع ویژه و سبک از فلز رسانای کربنی است. این فیبرها به‌دلیل مقاومت بالا و خاصیت جذب آب با قرار گرفتن در شرایط مرطوب (مانند تعریق بدن) به هم می‌پیچند.

وانگ می‌گوید:

می‌توانید اثر این پیچش را به خمیدگی آنتن رادیو برای تغییر طول موج یا فرکانس تشبیه کرد. فرض کنید دو آنتن را برای تنظیم امواج الکترومغناطیسی درکنار یکدیگر قرار داده‌اید. با نزدیک شدن فیبرها به یکدیگر، اشعه‌ی قابل نفوذ، متناسب با بدن تغییر می‌کند. این فرایند در لباس به این معنی است که پارچه با تنظیم حرارت بدن انسان رابطه‌ی مستقیم دارد. 

پارچه بسته به نوع تنظیمات، تشعشعات مادون قرمز را مسدود می‌کند یا امکان عبور را فراهم می‌کند. واکنش تقریبا فوری است بنابراین قبل از آنکه شخص احساس گرما کند، لباس، فرایند خنک‌سازی را آغاز می‌کند. در طرف مقابل با سرد شدن هوا، مکانیزم قطع متناوب و متغیر در جهت عکس برای به دام انداختن گرما تلاش می‌کند. مین اویانگ می‌گوید:

بدن انسان مانند یک رادیاتور بی‌نقص عمل می‌کند. گرما را به سرعت آزاد می‌کند. در طول تاریخ تنها روش تنظیم رادیاتور طبیعی بدن انسان، درآوردن لباس‌ها یا پوشیدن آن‌ها بوده است؛ اما این پارچه به‌عنوان یک متعادل‌کننده‌ی دوطرفه عمل می‌کند.

به نقل از مجله‌ی Science، این اولین پارچه‌ای است که می‌تواند براساس دمای محیط تنظیم شود.

واکنش پارچه‌ی قطع متناوب IR و متافیبرها

 به‌گفته‌ی رای باگمن، استاد شیمی دانشگاه تگزاس (که در این پروژه نقشی ندارد):

این پروژه‌ی پیشتاز با ارائه‌ی ویژگی تنظیم دما، آسایش بدن را بالا می‌برد. این پارچه‌ها در واکنش به تعریف یا افزایش دما تغییر می‌کنند. از این گذشته قبلا هیچ روشی برای تنظیم منافذ و اشعه‌ی مادون قرمز وجود نداشت.

 قبل از تولید انبوه و تجاری‌سازی، باید کارهای دیگری هم روی این پارچه انجام داد. اما به‌گفته‌ی پژوهشگرها، مواد به‌کاررفته برای فیبر پایه در دسترس هستند و پوشش کربنی را می‌توان به‌سادگی ازطریق فرایند رنگ‌زنی استاندارد اضافه کرد. اویانگ می‌گوید:

به عقیده‌ی من پیاده‌سازی پدیده‌ی قطع متناوب برای توسعه‌ی بافت پارچه و توانایی بهبود عملکرد لباس و بافت‌های دیگر بسیار هیجان‌انگیز است.