L’umidità apre le prese d’aria, piuttosto che l’elettronica – ScienceDaily Leave a comment


Materiali Gli scienziati della Duke University hanno sviluppato un materiale leggero che intrappola l’energia termica quando è asciutto, ma apre una serie di minuscole prese d’aria per far fuoriuscire il calore quando una persona inizia a sudare. Le prese d’aria si richiudono per trattenere il calore una volta che sono asciutte.

Usando la fisica piuttosto che l’elettronica per aprire le prese d’aria, il materiale ha il potenziale come toppa su vari tipi di abbigliamento per aiutare a mantenere chi lo indossa comodo in una vasta gamma di situazioni.

L’approccio è descritto online il 15 dicembre sulla rivista Progressi scientifici.

“Le persone che sciano o fanno escursioni con tempo più freddo di solito indossano strati in modo da poter regolare la quantità di calore che i loro vestiti trattengono mentre il loro corpo si riscalda”, ha affermato Po-Chun Hsu, assistente professore di ingegneria meccanica e scienza dei materiali alla Duke. “Ma posizionando strategicamente le toppe di un materiale che può far uscire il calore quando una persona sta sudando, si potrebbe immaginare di realizzare un tessuto che vada bene per tutti”.

Quando ha tentato per la prima volta di realizzare un materiale così duplice, Hsu si è rivolto al nylon. È poco costoso, leggero e morbido, e Hsu sapeva che se tagliato in lembi, il nylon si arriccia un po’ su se stesso quando un lato è esposto all’umidità.

Il nylon, tuttavia, non è noto per la produzione di indumenti particolarmente caldi, quindi Hsu ha aggiunto uno strato di argento che intrappola il calore sulla parte superiore. Aspettandosi che il peso dell’argento impantanasse i lembi di nylon, cercò di rendere lo strato il più sottile possibile. Ma con sua sorpresa, l’aggiunta d’argento ha effettivamente fatto arricciare i lembi ancora di più.

Dopo aver sperimentato vari spessori di argento, Hsu ha scoperto una macchia di Riccioli d’oro di circa 50 nanometri, 2000 volte più sottile di un foglio di carta. Qualsiasi più sottile e il fenomeno non sarebbe così forte. Qualsiasi più spesso e il peso dell’argento ha iniziato a interferire con l’apertura delle prese d’aria.

Perplesso su cosa stesse accadendo esattamente sul suo banco di laboratorio, Hsu si rivolse a Cate Brinson, Sharon C. e Harold L. Yoh, III Distinguished Professor e Donald M. Altstadt Chair di ingegneria meccanica e scienza dei materiali alla Duke. Lavorando con il suo studente laureato, Boran Ma, Brinson è stata in grado di fornire una spiegazione.

“È sorprendente e controintuitivo, ma aggiungere qualcosa di pesante sopra un polimero può effettivamente farlo piegare e aprire di più”, ha detto Brinson. “Il risultato è che l’argento si sta restringendo e il nylon si sta espandendo”.

Brinson e Ma hanno spiegato che quando lo strato inferiore di nylon si bagna, vuole espandersi come un lenzuolo tirato dai suoi lati. Ma poiché è attaccato all’argento in cima, non può allungarsi in quelle direzioni. L’opzione più semplice rimasta è che il materiale a due strati si arricci, consentendo al nylon di espandersi mentre si costringe l’argento a restringersi.

Negli esperimenti, i ricercatori hanno creato un cerotto delle dimensioni di una mano umana con lembi lunghi pochi millimetri, delle dimensioni di un’unghia. Rispetto a un tessuto tradizionale medio rappresentato da una miscela di poliestere e spandex, il materiale è circa il 16% più caldo quando è asciutto con i lembi chiusi e il 14% più fresco quando è umido con i lembi aperti. Messo insieme, l’ibrido nylon-argento può espandere la zona di comfort termico del 30%. Secondo Hsu, questo approccio presenta vantaggi rispetto ai metodi esistenti di sfogo del calore attraverso indumenti caldi, come posizionare le cerniere sotto le ascelle.

“Vogliamo che le parti sudate del corpo siano ventilate, che non sono necessariamente le ascelle”, ha detto Hsu. “Il nostro petto e la nostra schiena hanno bisogno di più ventilazione, ma lo sforzo per aprire queste aree, se le cerniere sono disponibili, è quasi lo stesso che semplicemente togliersi i vestiti”.

Andando avanti, Hsu sta lavorando per rendere le prese d’aria il più piccole possibile mantenendo la loro efficacia. Sta anche esplorando l’uso di uno strato di nanocomposito superiore che potrebbe rendere il materiale di qualsiasi colore senza modificarne gli attributi termici.

“Mi aspetto che se riusciamo a trovare il giusto metodo di taglio laser per creare lembi molto piccoli e attaccare la toppa ai vestiti, possiamo creare questo effetto senza sembrare che stiamo indossando un costume”, ha detto Hsu. “Con abbastanza lavoro, questo tipo di materiale potrebbe sembrare molto simile a quello che indossiamo oggi”.

Questo lavoro è stato supportato dal programma DMREF della National Science Foundation (CMMI-1818574) e dal programma CSSI (CSSI-1835677).

Fonte della storia:

Materiali fornito da Duke University. Originale scritto da Ken Kingery. Nota: il contenuto può essere modificato per stile e lunghezza.



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