پارچه سه‌بعدی که با دمای بدن کاربر تنظیم میشود!

به گزارش مجله خبری نگار/بهار، در جهانی که به طور فزاینده‌ای تحت تأثیر تغییرات اقلیمی جهانی قرار دارد، نیاز به راهبرد‌های نوآورانه برای تنظیم شخصی‌سازی‌شده دمای بدن هرگز تا این اندازه زیاد نبوده است. با غیر قابل پیش‌بینی‌تر و ناملایم‌تر شدن شرایط محیطی، لباس‌هایی که می‌توانند به صورت پویا با نوسانات دما سازگار شوند، در خط مقدم تحقیقات حوزه فناوری‌های پوشیدنی و علوم مواد در حال ظهور هستند.

به نقل از ساینمگ، پژوهشگران «دانشگاه جیائو تونگ شانگهای» (SJTU) یک پارچه کشباف سه‌بعدی خودتاشونده ابداع کرده‌اند که رویکردی نوین را برای تنظیم حرارتی دوگانه از طریق تحول ساختاری ارائه می‌دهد. این پارچه به طور منحصربه‌فردی بین دو حالت حرارتی تغییر می‌کند و قابلیت حفظ گرما و قابلیت خنک‌کنندگی را به طور همزمان در یک لباس فراهم می‌آورد. در نتیجه، تحولی را در راحتی، سلامت و بهره‌وری انرژی به طور شخصی‌سازی‌شده ایجاد می‌کند.

حالت گرم شدن پارچه از ساختار سه‌بعدی آن بهره می‌برد که لایه‌هایی از هوای ساکن با رسانایی حرارتی پایین را به دام می‌اندازد. این ویژگی ساختاری، مقاومت حرارتی قابل توجهی را ایجاد می‌کند که اتلاف گرما از بدن را به طور مؤثر حتی در شرایط سرد یا متغیر به حداقل می‌رساند.

این قابلیت با فراهم کردن یک حائل طبیعی در برابر تبادل حرارت محیطی، محدودیت‌های مواد عایق استاتیک سنتی را برطرف می‌کند. پارچه خودتاشونده، شکل حجیم و فضایی خود و میزان به دام انداختن هوا را بدون تکیه بر پرکننده‌های مصنوعی یا لایه‌های عایق اضافی حفظ می‌کند. این پارچه در اصل یک خرده‌اقلیم حرارتی را به وجود می‌آورد که گرمای بدن را از طریق روش‌های غیر فعال حفظ می‌کند.

پارچه با انتقال یکنواخت به حالت خنک‌کننده، تحت یک پیکربندی مجدد ساختاری قرار می‌گیرد که توسط کشش مکانیکی ایجاد می‌شود و ماده را به حالت دوبعدی مسطح درمی‌آورد. این مسطح‌سازی هندسی نه تنها ضخامت را کم می‌کند، بلکه پوشش‌های سطحی کاربردی را که به طور ویژه برای مدیریت حرارت مهندسی شده‌اند، در معرض دید قرار می‌دهد.

این پارچه با دی‌اکسید تیتانیوم و پلی‌دی‌متیل‌سیلوکسان که به دلیل بازتاب بالای نور خورشید و انتشار پرتو فروسرخ مشهور هستند، پوشش داده می‌شود. پوشش دی‌اکسید تیتانیوم تا ۸۹.۵ درصد از تابش خورشیدی ورودی را منعکس می‌کند که به طور قابل توجهی جذب گرما از نور خورشید را کاهش می‌دهد. پلی‌دی‌متیل‌سیلوکسان، انتشار فروسرخ را تا ۹۳.۵ درصد افزایش می‌دهد و به پارچه امکان می‌دهد تا تابش حرارتی را به طور مؤثر منتشر کند و گرمای بدن را به محیط منتقل کند.

این حالت تنظیم حرارتی دوگانه، یک اثر خنک‌کنندگی چشمگیر را پدید می‌آورد؛ به طوری که پارچه قادر است دمای پوست را در معرض مستقیم نور خورشید تا ۴.۳ درجه سلسیوس کاهش دهد. چنین کاهش دمایی می‌تواند راحتی کاربر را به طور قابل توجهی بهبود ببخشد، فشار گرما را کاهش دهد و عملکرد شناختی و فیزیکی را در محیط‌های گرم تقویت کند. این تغییر پویا بین حالت عایق سه‌بعدی و حالت خنک‌کننده تابشی دوبعدی، یک جهش کوانتومی فراتر از منسوجات حرارتی رایج است که معمولاً برای عایق‌بندی یا جذب رطوبت تنظیم شده‌اند، اما به ندرت هر دو ویژگی را دارند.

پژوهشگران از روش‌های مقیاس‌پذیر و مقرون‌به‌صرفه بافندگی برای ساخت این ماده استفاده کردند و یک دلیل قانع‌کننده را برای قابلیت تجاری‌سازی آن ارائه دادند. آنها با استفاده از روش‌های بافندگی صنعتی موجود، هزینه‌های بالا و موانع فنی مرتبط با منسوجات پیشرفته کاربردی را دور زدند و امکان پذیرش گسترده‌تر پارچه را در بازار فراهم کردند. علاوه بر این، پارچه آنها دوام و قابلیت شست‌وشوی استثنایی را نشان داد و ویژگی‌های خودتاشوندگی و حرارتی خود را پس از بیش از ۱۰۰۰ چرخه تا شدن بدون تخریب حفظ کرد که یک نیاز حیاتی برای پوشیدن روزمره و استفاده پایدار است.

این پارچه فراتر از عملکرد حرارتی اصلی، به دلیل ساختار بافتنی خود، قابلیت تنفس‌پذیری و مدیریت رطوبت فوق‌العاده‌ای را نشان می‌دهد. این امر امکان تبخیر کارآمد عرق و انتقال هوا را فراهم می‌آورد، از تجمع رطوبت جلوگیری می‌کند و راحتی را در زمان فعالیت بدنی افزایش می‌دهد. انعطاف‌پذیری و نرمی پارچه، جذابیت لمسی آن را حفظ می‌کند و تضمین می‌کند که پارچه نه تنها از نظر حرارتی عملکرد خوبی دارد، بلکه در تماس با پوست نیز طبیعی به نظر می‌رسد. این یک جنبه حیاتی برای پذیرش مصرف‌کننده است.

طراحی ساختاری و عامل‌دار کردن سطح این پارچه خودتاشونده، نشان‌دهنده هم‌افزایی ظریفی بین علم مواد و مهندسی پوشاک است. توانایی آن در تغییر حالت‌های تنظیم دما با تغییر شکل مکانیکی ساده، از ویژگی ذاتی ساختار پارچه، فیزیک پوشش‌ها و اصول انتقال حرارت بهره می‌برد. این امر پتانسیل لباس‌های آینده را برای واکنش هوشمندانه به محرک‌های محیطی و فعالیت‌های کاربر بدون وابستگی به حسگر‌های الکترونیکی، باتری‌ها یا منابع انرژی بیرونی برجسته می‌کند.

این پارچه در زمینه وسیع‌تر پایداری زیست‌محیطی، نویدبخش چشم‌انداز‌های قابل توجهی است، زیرا با امکان‌پذیر کردن مدیریت مؤثر حرارت شخصی‌سازی‌شده می‌تواند وابستگی به سیستم‌های پرمصرف کنترل آب‌وهوا مانند گرمایش، تهویه و تهویه مطبوع را در محیط‌های داخلی و خارجی کاهش دهد. این امر به کاهش مصرف انرژی جهانی و انتشار کربن مرتبط با آسایش حرارتی کمک می‌کند و منسوجات سازگار را به عنوان اجزای راهبردی در تلاش‌های صورت‌گرفته برای کاهش تغییرات اقلیمی قرار می‌دهد.

پیامد‌های این پژوهش به حوزه‌های متنوعی از جمله پوشاک در شرایط محیطی ناملایم که در آن محافظت حرارتی و سازگاری از اهمیت بالایی برخوردار است و همچنین صنایع مربوط به مد که به دنبال ادغام عملکرد با سبک هستند، گسترش می‌یابد. حوزه فناوری‌های پوشیدنی نیز از این مزیت بهره‌مند خواهد شد، زیرا مقیاس‌پذیری و دوام پارچه برای ادغام با حسگر‌ها یا دستگاه‌های هوشمند سودمند است و نسل جدیدی از پوشیدنی‌های تطبیقی ​​را که با فیزیولوژی انسان و شرایط محیطی هماهنگ هستند، نوید می‌دهد.

این پارچه بافتنی سه‌بعدی خودتاشونده، گامی پیشگامانه به سوی تحقق منسوجات سازگار است. این پارچه، مفهوم مواد پوشیدنی را از موانع غیر فعال به مشارکت‌کنندگان فعال در هموستاز حرارتی ارتقاء می‌دهد. همزمان با رویارویی جامعه با چالش‌های ناشی از تغییرات اقلیمی، چنین نوآوری‌هایی در حفاظت از سلامت، افزایش راحتی و بهینه‌سازی عملکرد انسان در محیط‌های متنوع ضروری خواهند بود.

پژوهشگران پیش‌بینی می‌کنند که در آینده پژوهش‌های بیشتری در زمینه سفارشی‌سازی هندسه‌های تاشو و ترکیبات پوشش برای گسترش طیف واکنش‌های حرارتی تطبیقی انجام شود. چنین پیشرفت‌هایی می‌توانند لباس‌ها را برای انواع گوناگون آب‌وهوا، فعالیت‌ها یا ویژگی‌های متابولیکی خاص متناسب‌سازی کنند، تجربه غنی‌تری را برای کاربر شکل دهند و کاربردپذیری لباس را گسترش دهند. علاوه بر این، بهینه‌سازی مداوم فرآیند‌های تولید، نویدبخش کاهش هزینه‌ها و تسریع ورود به بازار است.

ادغام پارچه‌های خودتاشونده با فناوری‌های نوظهور مانند برداشت انرژی، حسگر‌های بیومتریک و اتصال به اینترنت اشیاء ممکن است مرز‌های سیستم‌های پوشیدنی را از نو تعریف کند. ترکیب سازگاری مواد با هوش دیجیتال، مرز هیجان‌انگیزی را نشان می‌دهد که در آن لباس واقعاً به بخشی از زیست‌شناسی و محیط انسان تبدیل می‌شود و دوره جدیدی را در نوآوری نساجی رقم می‌زند.

این پیشرفت با ضرورت جهانی روبه‌رشد برای توسعه مواد هوشمند و پایدار که پاسخ‌گوی چالش‌های پویای زیست‌محیطی هستند، همسو است. این امر نه تنها زمینه علمی جدیدی را در مهندسی نساجی ایجاد می‌کند، بلکه زمینه را برای تحول سبک زندگی و مزایای زیست‌محیطی فراهم می‌آورد و آینده مد تطبیقی، سلامت و نظارت بر محیط زیست را به تصویر می‌کشد.