Pendlare, skidåkare, korsande vakter och andra som uthärdar frusna fingrar i kallt väder kan se fram emot framtida lättnad eftersom tillverkarna är redo att dra nytta av en ny teknik för att skapa elektriskt uppvärmd tyg som utvecklats av materialforskaren Trisha Andrew och kollegor vid University of Massachusetts Amherst. De har gjort handskar som håller fingrarna lika varma som handflatan.

I en ny tidning i Tillämpade material och gränssnitt , forskarna beskriver hur de använder en ångavsättningsmetod för nanobeläggning av tyg för att skapa sybara, vävbar, elektriskt uppvärmt material. Demonstrationshandsken de gjorde kan hålla fingrarna rostiga i upp till åtta timmar. Den tre-lagers handsken, med ett lager belagt med den ledande polymeren poly(3, 4-etylendioxytiofen), även känd som PEDOT, drivs av ett knappbatteri som väger 1,8 gram. En dime väger knappt 2,27 gram.

Författarna påpekar, "Lättvikt, andningsbara och kroppsanpassade elektriska värmare har potential att förändra traditionella metoder för personlig värmehantering, medicinsk värmeterapi, ledsmärta och atletisk rehabilitering."

Andrew säger, "Vi tog ett par bomullshandskar och belade fingrarna för att låta en liten mängd ström passera, så de värms upp. Det är vanlig gammaldags bomullstyg. Vi valde att göra ett par handskar eftersom fingrarna kräver en hög krökning som gör att vi kan visa att vårt material verkligen är flexibelt. Handsken drivs av ett litet myntbatteri och de drivs med nano-amp ström, inte tillräckligt för att passera ström genom din hud eller för att skada dig. Vår beläggning fungerar även när den är helt nedsänkt i vatten, det kommer inte att chockera dig, och vår skiktade konstruktion gör att den ledande duken inte kommer i kontakt med din hud."

Hon tillägger, "Vi hoppas att detta ska nå konsumenterna som en riktig produkt under de närmaste åren. Kanske tar det två år till en prototyp, och fem år till konsumenten. Jag tror att det här är den mest konsumentklara enheten vi har. Det är redo att ta till nästa fas."

Tills nyligen, textilforskare har inte använt ångdeponering på grund av tekniska svårigheter och höga kostnader för uppskalning från laboratoriet. Men nyligen, tillverkare upptäcker att tekniken kan skalas upp samtidigt som den förblir kostnadseffektiv, säger forskarna. Genom att använda ångavsättningsmetoden som beskrivs i deras papper, Andrew och kollegor belade också trådar av ett tjockt bomullsgarn som vanligtvis används för tröjor. Det presterade bra och erbjuder en annan väg för att skapa uppvärmda kläder, uppger författarna.

Andrew säger, "En sak som motiverade oss att göra den här produkten är att vi kunde få flexibiliteten, den fina mjuka känslan, samtidigt som det värms upp men inte gör dig svettig. En vanlig sak vi hör från pendlare är att på vintern, de skulle älska att ha varmare fingrar." I sina laboratorietester, hennes forskargrupp rapporterar, fyra fingrar på testhandsken värms till samma temperatur som handflatan, och "bäraren kunde känna värmen överförd från tygvärmarna till hennes fingrar några sekunder efter att spänningen lagts på."

Andrew och kemipostdoktorn Lushuai Zhang, med kemiteknisk doktorand Morgan Baima, genomförde flera tester för att säkerställa att deras handskar tål timmars användning, tvättning, river, reparationer och nattladdning. Andrew noterar, "Just nu använder vi ett standardbatteri som räcker i åtta timmar, men du skulle behöva en uppladdningsbar för att göra dessa mer praktiska."

Ytterligare, "Om du åker skidor och sliter din handske, du kan reparera den bara genom att sy ihop den med vanlig tråd."

De arrangerade biokompatibilitetstestning på ett oberoende labb där musbindvävsceller exponerades för PEDOT-belagda prover och svar jämfört med positiva och negativa kontroller. De rapporterar att deras PEDOT-belagda material är säkra för kontakt med mänsklig hud utan att orsaka negativa reaktioner på de kemikalier som används.

De tog också upp frågor om värme, fukt och hudkontaktstabilitet för att förhindra att bäraren utsätts för elektriska stötar från ett vått ledande element. Andrew säger, "Kemiskt, det vi använder för att omge den ledande duken ser ut som polystyren, det som används för att göra förpackningsjordnötter. Den omger helt det ledande materialet så att den elektriska ledaren aldrig exponeras."

Experimentera med olika variabler i ånganano-beläggningsprocessen, de fann att justering av temperatur och kammartryck var viktigt för att uppnå optimal yttäckning av tyget. I ett test av tygets förmåga att motstå sprickor, veck eller andra förändringar vid upphettning, de genererade en temperatur på 28 grader C (82,4 F) med anslutning till ett 4,5-V-batteri och 45 grader C (113 F) anslutet till ett 6-V-batteri under en timme, och fann "inga dramatiska morfologiförändringar, "som indikerar att den PEDOT-belagda bomullstextilen var robust och tillräckligt stabil för att behålla sin prestanda" när den användes som ett värmeelement.