تم إنشاء أول نسيج حساس لدرجة الحرارة يمكنه تنظيم عمل الجسم حرارة تبادل مع بيئة
جسمنا يمتص أو يخسر حرارة على شكل أشعة تحت الحمراء. وفي درجة حرارة الغرفة، يحدث حوالي 40% من عمليات نقل القلب بهذه الطريقة. الانسان الجسم عبارة عن مشعاع ونحن نستخدم الملابس كوسيلة لتمكين هذا التنظيم حيث أن الأقمشة المختلفة تحبس الأشعة تحت الحمراء وتبقينا دافئًا أو باردًا من خلال تنظيم درجة الحرارة. لقد رغب العلماء لفترة طويلة جدًا في تطوير نسيج يمكنه أيضًا إطلاق هذه الطاقة بدلاً من احتجازها فقط، وذلك للحفاظ على أجسامنا باردة بشكل سلبي. ومع ذلك، فإن المنسوجات لا تستجيب للتغيرات التي تحدث في الخارج بيئة وبالتالي لا تمتلك القدرة على تنظيم التبريد والتدفئة معًا. الطريقة الوحيدة بالنسبة لنا نحن البشر للتعامل مع التغير في درجة حرارة البيئة هي اختيار وارتداء الملابس المناسبة.
نسيج فريد جديد
ابتكر علماء من جامعة ميريلاند بالولايات المتحدة الأمريكية نسيجًا مبتكرًا يمكنه تنظيم كمية الحرارة التي تمر عبر جسم الشخص "تلقائيًا" وفقًا للظروف الجوية الخارجية. يتكون القماش من خيوط حساسة للحرارة مصممة خصيصًا (ألياف البوليمر) والتي تعمل خيوطها بمثابة "بوابة" للحرارة (أو الأشعة تحت الحمراء) لنقلها أو حجبها. تعمل هذه "البوابة" بذكاء تام وبطريقة فريدة جدًا. عندما الخارج طقس حار ورطب، وتنهار خيوط الألياف المدمجة مما يسمح بفتح نسج القماش. بمجرد فتحه، يقوم القماش بتنشيط عملية التبريد من خلال السماح للحرارة المنبعثة من الجسم بالهروب. وهذا يجعلنا نشعر بالبرودة لأن القماش يعكس ضوء الشمس أيضًا. وفي المقابل، عندما يكون الطقس الخارجي جافًا وباردًا إلى حد ما، تتوسع الألياف وتغلق أو تقلل الفجوات لمنع هروب الحرارة مما يجعل الشخص يشعر بالدفء. لذلك، يقوم النسيج باستقبال الأشعة تحت الحمراء ديناميكيًا في الوقت الفعلي بناءً على الظروف البيئية الخارجية.
التكنولوجيا من ورائها
تعود حداثة النسيج إلى خيوطه الأساسية المكونة من نوعين متقابلين من المواد التركيبية المتاحة تجاريًا المواد، ألياف السليلوز المحبة للماء والألياف ثلاثية الأسيتات الكارهة للماء ، والتي إما تمتص الماء أو تطرده. يتم طلاء خيوط الألياف بمعدن موصل - أنابيب نانوية كربونية خفيفة الوزن قائمة على الكربون - من خلال عملية مشابهة لمحلول الصباغة الذي يشيع استخدامه للصباغة الصناعية للألياف الاصطناعية. بسبب الخصائص المزدوجة ، تلتوي الألياف عندما تتعرض لظروف رطبة مثل الرطوبة. يتم تعديل الاقتران الكهرومغناطيسي بين الأنابيب النانوية الكربونية داخل الطلاء والذي يعمل مثل "مفتاح التنظيم". بناءً على هذا التغيير في الاقتران الكهرومغناطيسي في كل مرة ، فإن القماش إما يمنع الحرارة أو يسمح لها بالمرور. لا يدرك الشخص الذي يرتدي القماش هذا النشاط الأساسي لأن القماش يقوم بذلك على الفور في أقل من دقيقة. يستشعر مستويات الانزعاج الحراري للشخص بمفرده ويمكن أن يغير كمية الحرارة المشعة بنسبة 35 في المائة مع تغير مستوى الرطوبة تحت الجلد.
في تجربة عملية ، قام الفريق بحياكة عينة 0.5 متر مربع لإظهار قابلية التوسع للتصنيع في المستقبل. تم تسجيل التحول في تباعد الألياف في الظروف الرطبة والجافة في الوقت الفعلي باستخدام الفحص المجهري مضان متحد البؤر وحامل النسيج المصبوغ بالفلوريسنت. عينة صغيرة من القماش. لاحظوا أن النسيج يمكن أن يحقق تغيرًا نسبيًا بنسبة 2 بالمائة في نفاذية الأشعة تحت الحمراء. يمكن أن ينتقل القماش بكفاءة من التبريد إلى وضع التدفئة في أقل من دقيقة في جميع التجارب.
هل هي عملية مثل الملابس الحقيقية؟
صُنع قماش جديد لأول مرة يساعد على جعل الشخص دافئًا عندما يكون الطقس في الخارج باردًا وجافًا وباردًا عندما يكون الطقس حارًا ورطبًا. هذا رائع حقا! يمكن حياكة القماش أو صبغه وغسله أيضًا بطريقة تشبه الملابس الرياضية الأخرى. من المحتمل أن تكون هناك حاجة إلى مزيد من البحث لجعل هذا النسيج أكثر عملية وفائدة للاستخدام اليومي. يأمل الباحثون في التعاون مع وحدة التصنيع في المستقبل القريب لإنتاج ملابس مصنوعة من هذا النسيج الجديد. تم نشر هذا الاكتشاف في علوم مبتكر وواعد لأن مثل هذا النسيج يمكن أن يكون مفيدًا للرياضيين والرياضيين والرضع وكبار السن من خلال توفير الراحة لهم والشعور بالملابس العادية.
***
{يمكنك قراءة ورقة البحث الأصلية عن طريق النقر فوق ارتباط DOI الوارد أدناه في قائمة المصدر (المصادر) المذكورة}
المصدر (ق)
Zhang XA et al 2019. البوابات الديناميكية للأشعة تحت الحمراء في النسيج. علوم. 363 (6427).
http://doi.org/10.1126/science.aau1217
