ידענים: ננו חומרים | ננו טכנולוגיה

מאת 18 ביולי 2017 6 תגובות

בגד. איור: PIXABAY.COM

בגד. איור: PIXABAY.COM

חוקרים מאוניברסיטת סטנפורד הצליחו לפתח חומר פלסטי זול שיוכל להוות את הבסיס לפיתוחם של בגדים המקררים את הלובשים אותם, תוך הפחתת נפח השימוש במזגנים.
[תרגום מאת ד"ר נחמני משה]

בתארם את המחקר בכתב העת המדעי היוקרתי Science, החוקרים מציעים כי משפחה חדשה זו של בדים תוכל להפוך בעתיד הקרוב לבסיס לביגוד שישמור את האנשים בסביבה קרירה ומצוננת באקלים חם ללא כל צורך בשימוש במזגנים. "אם אתה מקרר את האדם במקום לקרר את המבנה בו הוא עובד או נמצא, תוכל לחסוך אנרגיה רבה", אמר Yi Cui, פרופסור במחלקה למדעי החומרים וההנדסה באוניברסיטת סטנפורד. החומר החדש פועל בצורה המאפשרת לגוף לפלוט חום בשני אופנים ולגרום ללובש את הבגד להתקרר במספר מעלות.

החומר מקרר את הגוף בכך שהוא מאפשר לזיעה להתנדף דרכו, מנגנון שבדים רגילים כבר מבצעים כיום. אולם, החומר החדש מספק מנגנון קירור שני, פורץ דרך: הוא מאפשר לחום שהגוף פולט בצורת קרינה תת-אדומה לעבור דרך הבד החדשני. כל העצמים, לרבות הגוף שלנו, פולטים חום בצורת קרינה תת-אדומה המורכבת מאורכי גל של אור בלתי נראה. למשל, מעילים מחממים אותנו על ידי כליאת החום של הקרינה התת-אדומה הנפלטת מהגוף שלנו. קרינה תרמית זו הנפלטת מהגוף היא שגורמת לנו להיות מזוהים בחשיכה על ידי אחרים כאשר הם משתמשים במשקפות לראיית לילה. "כאשר אנו ישובים במשרד שלנו, בין ארבעים לשישים אחוזים מהחום הנפלט מגופנו מורכבים מקרינה תת-אדומה", אומר הפרופסור להנדסת חשמל Shanhui Fan. "אולם, עד היום כמעט ולא התקיים כל מחקר בנוגע לאפיון תכונות הקרינה התרמית של בדים".

המחקר עצמו שילב תחומים של הדמיות מחשב, ננוטכנולוגיה, פוטוניקה וכימיה על מנת לייצר פוליאתילן – אותו פלסטיק שקוף ונדבק המשמש אותנו במטבח לעטיפות כריכים למשל, בעל תכונות נדרשות לשימוש כחומר ביגוד: הוא מאפשר לקרינה תרמית,  לאוויר ולאדי מים לעבור דרכו ובנוסף – הוא אטום לאור נראה. התכונה החשובה ביותר הייתה האפשרות של קרינה תת-אדומה לעבור דרך החומר. בשלב הראשון, החוקרים השתמשו במודלים ממוחשבים על מנת להבין טוב יותר מהן התכונות של פוליאתילן נקבובי. התוצאות של המודלים סיפקו טווח רחב של אורכי גל אופטיים אפשריים, החל מאור נראה ועד תת-אדום. "באמצעות כיוונון אוסף של פרמטרים הצלחנו לזהות את טווח גודל הנקבוביות שהיה הטוב ביותר למטרות בדים, טווח כזה שהיה אטום לחלוטין לאור נראה ובו בזמן שקוף במיוחד בטווח אורכי הגל התרמיים," אמר החוקר הראשי.

מדידות תרמיות של ננו-פוליאתילן (nanoPE) ושל בדים אחרים: משמאל לימין - עור חשוף, ננו-פוליאתילן, כותנה וטייבק [באדיבות Stanford University].

מדידות תרמיות של ננו-פוליאתילן (nanoPE) ושל בדים אחרים: משמאל לימין – עור חשוף, ננו-פוליאתילן, כותנה וטייבק [באדיבות Stanford University].

בעזרת התוצאות שהתקבלו מהמודלים הממוחשבים, החוקרים מצאו גרסה של פוליאתילן הנפוצה בתעשיית הסוללות שהיא בעלת ננו-מבנה ספציפי בעל התכונות הרצויות – אטום לאור נראה ושקוף לקרינה תת-אדומה, כך שיאפשר לחום הנפלט מהגוף להשתחרר לאוויר. בשלב הבא החוקרים שינו את הפוליאתילן הידוע באמצעות תגובה שלו עם כימיקלים רגילים על מנת לאפשר למולקולות של אדי מים לצאת דרכו ולהתנדף דרך ננו-הנקבים שבפלסטיק. החוקרים הראו כי בד כותנה מחמם את העור יותר מאשר בד הקירור החדשני שהם יצרו. החוקרים ממשיכים בעבודתם במספר כיוונים, לרבות הוספת צבעים, מרקמים ותכונות רצויות אחרות לבדים. שימוש בשיטות הייצור התעשייתיות שכבר קיימות עבור הפוליאתילן המקורי המשמש בתעשיית הסוללות יוכל להביא לייצור פשוט יותר של המוצרים החדשניים.

תקציר המאמר

הידיעה על המחקר

6 תגובות ל “ביגוד המקרר את הלובשים אותו”

  1. א

    דקל
    זה שקרני אינפרה אדום יכולות לעבור דרכו לא בהכרח אומר שאפשר לראות דרכו בעזרת אינפרה אדום. השאלה היא האם האור יוצא ישר או שהוא נשבר להרבה כיוונים. בדיוק כך עובד זכוכית במקלחות במקומות ציבוריים. יוצרים משטח מחוספס בזכוכית ואז למרות שהזכוכית שקופה מטבעה האור שיוצא ממנה מתפזר לכל כיוון וכך אי אפשר באמת לראות דרכה.
    אני מאוד מקווה שידאגו לנקודה הזאת לפני שיוציא את המוצר

  2. א

    מחקר מבורך ונקווה שיגיע לשוק.
    אבל כל הסיפור על חיסכון במיזוג משעשע. נראה לי שסתם הכניסו אותו בשביל הפרסום.
    מין הסתם זה ישמש לספורט ולא לבגדים שלובשים במשרד. ובכל מקרה לא נראה לי שזה יכול להשפיע בצורה משמעותית. גם אם היה נהוג להסתובב במשרדים בלי חולצה לא היה אפשר לראות בקיץ הבדל משמעותי בצריכת החשמל.
    דגש קטן, בניגוד לכותרת הבגד לא מקרר אלה רק מחמם פחות מבגד רגיל.

  3. עמיר

    כמה הערות
    בד לא מקרר ולא מחמם.
    אפשר להוריד את רמת הבידוד של בד (אריג, סריג וכו') על ידי הפחתה ביכולות שלו לשמר מיקרו-אקלים חם סמוך לפני העור. על ידי מניפולציות שונות במבנה הסיב (למשל הנקבוביות שלו כפי שהוזכר בכתבה), בקוטר שלו, בשטח הפנים שלו, בצפיפות הסיבים בבד, במבנה התלת ממדי בבד, בתכונות החומר עצמו ועוד. אבל הבד הוא חומר מת, לא עושה שום פעולה אקטיבית.
    הטכנולוגיה המדוברת רלוונטית לרמת הסיב בלבד. מהסיבים אפשר לייצר בדים בכל צורה המוכרת כיום: סריגה או אריגה. כך שהתרומה היחסית הקטנת הבידוד בתחום הגלים העל-אדומים היא יחסית לשאר היכולות של הבד המתקבלות משאר הפרמטרים.
    היתרונות לכאורה של הפיתוח החדש צריכים לעמוד מול דרישות כמו הגנה גבוהה מקרינה שנגזרת מקוטר הסיבים, החתך שלהם וצפיפות הסריגה/אריגה וגם חוזק החומר הנקבובי והיכולת שלו לשמר תכונות מסוימות תחת חומרי ניקוי, שחיקה בשימוש שוטף ועוד.
    ד"א טכנולוגיה דומה עושים בסיבים מבודדים בהם מוטמע פחמן אקטיבי השומר על קשר עם אוויר אטמוספירי ומאפשר לספוח לחות, ריחות רעים וכדומה.

  4. אבי

    חשוב גם כמה קרינה אולטרה סגולה הבד חוסם למניעת נזקים מהשמש וסרטן העור.

  5. סבדרמיש יהודה

    מספר דברים חשובים:
    איך הבד יתנהג בכביסה? האם הבד יאבד תכונותיו בכביסה?
    איך יתנהג בצילום? האם יהיה שקוף בצילום או אטום?
    איך יתנהג במים או בגשם?
    האם הבד יהיה חזק מספיק?
    האם יהיה נעים לשימוש?
    האם היצרנים חושבים שיוכלו לחייב צרכנים ללכת דווקא עם בד זה כדי לחסוך אנרגיה?
    האם הבד יהיה נוח לעיצוב?
    במה זה יותר טוב מבד רשת עדין?
    נא להגיב בעדינות
    יהודה

הוספת תגובה

  • (will not be published)