Nový typ látky utkané z ultrajemných nanonití je schopný v reakci na okolní teplotu podle potřeby zahřívat, nebo ochlazovat své nositele. Využívá přitom kombinaci několika pokročilých materiálů, mimo jiné i takového, u něho dochází k fázovým přeměnám.
řadě profesí se lidé setkávají s velmi horkým nebo naopak velmi chladným prostředím. Při práci s mrazicími boxy, vysokými pecemi či pecemi pro výrobu potravin jsou zaměstnanci často vystaveni rychlým změnám teploty, které mohou nabývat extrémních hodnot. Takové změny nejsou jen nepříjemné, ale také mohou přivodit úrazy či onemocnění. Rovněž při nich dochází k plýtvání časem, protože lidé se často převlékají.
Jedno z možných řešení představují adaptivní textilie, které do jisté míry upravují teplotu těla. Mohou využívat materiály s fázovým přechodem (PCM — phase-change material), ale jejich začlenění do textilu není snadné. Objevují se různé postupy, včetně mikrokapsulí. Bývají ale složité, nákladné a vlastnosti takto vytvořených materiálů nebývají ideální.
Japonský tým univerzity Šinšú vsadil na koaxiální elektrostatické zvlákňování a uložil materiály s fázovým přechodem do nanonití.
Schematické ilustrace (a) výrobního procesu vláken s hierarchickým jádrem a pláštěm, (b) koaxiálního elektrostatického zvlákňování, (c) procesu reverzibilní změny fáze materiálu jádra, (d) solárního ohřevu, (e) Jouleova ohřevu a (f) různé interakce na rozhraní © Shinshu University
Vědci tedy navrhli pokročilou textilii s nanovlákny, jejichž jádro je tvořeno z materiálu schopného měnit skupenství, zatímco povrch nanovláken zpevňují další pokročilé materiály. Zatímco materiál v jádru dokáže v rámci změn mezi kapalnou a pevnou fází ukládat nebo uvolňovat velké množství tepla, elektrotermální a fototermální povlaky zajistí mechanickou pevnost i ve chvílích, kdy se jádro nachází v kapalné fázi, a zesilují jeho termické účinky. V podstatě tak vyvinuli tkaninu, která dokáže nositele rychle zchladit i zahřát při změně podmínek.
Základem výroby vlákna je tzv. koaxiální elektrostatické zvlákňování vycházející v podstatě z klasického procesu zvlákňování využívaného pro tvorbu nanovláken, ale zahrnujícího dva nebo více polymerních roztoků přiváděných ze sousedních zvlákňovacích trysek, což umožňuje výrobu potažených nebo dutých nanovláken. Tato vlákna s jádrem a pláštěm mají podobnou strukturu jako koaxiální kabel, ale jsou mnohem, mnohem menší. V tomto případě vědci zapouzdřili PCM do středu elektrospřádaných nanovláken tak, aby vyřešili problém úniku PCM a dosáhli mimořádně příznivé flexibility vhodné pro lidské oblečení.
Aby se dále rozšířil rozsah pracovních prostředí, kde by textilie fungovala, a přesnost tepelné regulace, spojili výzkumníci materiál PCM se dvěma dalšími technologiemi osobní tepelné regulace.
Princip reakce tkaniny na okolní teploty © American Chemical Society
Kombinace fotoresponzivních materiálů (reagujících na přítomnost sluneční energie) s PCM potenciálně zajišťuje navýšení schopnosti ukládat energii v textilu a potažení kompozitního materiálu polymery přeměňujícími elektřinu na teplo (elektrotermicky vodivý povlak), může navíc kompenzovat expanzi akumulace energie v odlišných pracovních podmínkách (zataženo, práce na dešti nebo ve vnitřních podmínkách).
Výzkumníci tedy zkombinovali tři možnosti: PCM uhlíkové nanotrubice, polydopaminové solární absorbéry a elektrovodivé polymery vyrobené z poly(3,4-ethylendioxythiofen) polystyrensulfonátu (známého jako PEDOT: PSS) do jediné termoregulační tkaniny a nositelného textilu.
Vícejádrová a skořepinová struktura umožňuje synergickou spolupráci mezi jejími různými součástmi a poskytuje tepelnou regulaci na vyžádání, která se dokáže přizpůsobit široké škále změn okolní teploty.
Vědci se nyní zaměřují na další zlepšení vlastností tkaniny při fázovém přechodu a na vývoj praktických aplikací pro jejich nošení.