تم ابتكار أول نسيج حساس لدرجة الحرارة قادر على تنظيم تبادل الحرارة بين أجسامنا والبيئة المحيطة.
يمتص جسمنا الحرارة أو يفقدها على شكل إشعاع تحت أحمر. عند درجة حرارة الغرفة، تحدث حوالي 40% من عملية نقل الحرارة في القلب بهذه الطريقة. يُعدّ جسم الإنسان بمثابة مشعّ حراري، ونستخدم الملابس كوسيلة لتنظيم درجة حرارته، حيث تعمل الأقمشة المختلفة على حبس الإشعاع تحت الأحمر، مما يُبقينا دافئين أو باردين من خلال تنظيم درجة الحرارة. لطالما رغب العلماء في تطوير نسيج قادر على إطلاق هذه الطاقة بدلاً من حبسها فقط، وذلك للحفاظ على برودة الجسم بشكل طبيعي. مع ذلك، لا تستجيب المنسوجات للتغيرات الحاصلة في البيئة الخارجية ، وبالتالي فهي لا تمتلك القدرة على تنظيم كلٍّ من التبريد والتدفئة. الطريقة الوحيدة التي تمكننا نحن البشر من التأقلم مع تغيرات درجة الحرارة في البيئة هي اختيار وارتداء الملابس المناسبة.
نسيج فريد جديد
ابتكر علماء من جامعة ميريلاند بالولايات المتحدة الأمريكية نسيجًا مبتكرًا قادرًا على تنظيم كمية الحرارة التي تمر عبر جسم الإنسان "تلقائيًا" وفقًا لظروف الطقس الخارجية. يتكون هذا النسيج من خيوط حساسة للحرارة مصممة خصيصًا (ألياف بوليمرية)، تعمل خيوطها كـ"بوابة" تسمح بمرور الحرارة (أو الأشعة تحت الحمراء) أو حجبها. تعمل هذه "البوابة" بذكاء وبطريقة فريدة. فعندما يكون الطقس حارًا ورطبًا، تتراص خيوط الألياف وتنهار الألياف، مما يسمح بفتح نسيج النسيج. وبمجرد فتحها، يبدأ النسيج في تبريد الجسم عن طريق السماح للحرارة المنبعثة منه بالخروج، مما يجعلنا نشعر بالبرودة، حيث يعكس النسيج أيضًا ضوء الشمس. في المقابل، عندما يكون الطقس جافًا وباردًا، تتمدد الألياف وتغلق أو تقلل من الفتحات لمنع تسرب الحرارة، مما يجعل الشخص يشعر بالدفء. وهكذا، يتحكم النسيج ديناميكيًا في الأشعة تحت الحمراء في الوقت الفعلي بناءً على الظروف البيئية الخارجية.
التكنولوجيا من ورائها
تكمن حداثة هذا النسيج في خيوطه الأساسية المصنوعة من نوعين متضادين من المواد الاصطناعية المتوفرة تجاريًا : ألياف السليلوز المحبة للماء وألياف ثلاثي الأسيتات الكارهة للماء، والتي تمتص الماء أو تصده. تُغطى خيوط الألياف بمعدن موصل - أنابيب نانوية كربونية خفيفة الوزن - بعملية مشابهة لعملية الصباغة بالمحلول المستخدمة عادةً في الصباغة الصناعية للألياف الاصطناعية. وبسبب هذه الخصائص المزدوجة، تتشوه الألياف عند تعرضها للرطوبة. يتغير الاقتران الكهرومغناطيسي بين الأنابيب النانوية الكربونية داخل الطبقة، ما يعمل كمفتاح تنظيم. وبناءً على هذا التغير في الاقتران الكهرومغناطيسي، يقوم النسيج إما بحجب الحرارة أو السماح لها بالمرور. لا يدرك الشخص الذي يرتدي النسيج هذه العملية، إذ يقوم النسيج بذلك بشكل فوري في أقل من دقيقة. يستشعر النسيج مستويات الانزعاج الحراري للشخص تلقائيًا، ويمكنه تغيير كمية الحرارة المنبعثة بنسبة 35% 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؟
تم ابتكار نسيج جديد لأول مرة، يساعد على تدفئة الجسم في الطقس البارد والجاف، وتبريده في الطقس الحار والرطب. إنه لأمرٌ مذهل حقًا! يمكن حياكة هذا النسيج أو صبغه، كما يمكن غسله بطريقة مشابهة لغسل الملابس الرياضية الأخرى. من المرجح أن هناك حاجة إلى مزيد من الأبحاث لجعل هذا النسيج أكثر عملية وفائدة للاستخدام اليومي. يأمل الباحثون في التعاون مع وحدة تصنيع في المستقبل القريب لإنتاج ملابس مصنوعة من هذا النسيج المبتكر. يُعد هذا الاكتشاف، المنشور في مجلة ساينس ، مبتكرًا وواعدًا، إذ يمكن أن يكون هذا النسيج مفيدًا للرياضيين والرضع وكبار السن، من خلال توفير الراحة والشعور الذي توفره الملابس العادية.
***
المصدر (ق)
Zhang XA et al 2019. البوابات الديناميكية للأشعة تحت الحمراء في النسيج. علوم. 363 (6427).
http://doi.org/10.1126/science.aau1217
***
