När smarta klockor blir kraftfullare, de kommer att generera mer värme. För att förhindra brännskador eller utslag, tänk om ett material som berör huden kunde kännas svalt som metall, men också vara tillräckligt flexibel för att kunna bäras på handleden?

Ett team av Purdue University-ingenjörer har upptäckt att en typ av tyg som vanligtvis används för vandringsutrustning har anmärkningsvärda värmeledande egenskaper i nivå med rostfritt stål, potentiellt leda till bärbar elektronik som framgångsrikt kyler både enheten och bärarens hud.

Materialet är tillverkat av polyetenfibrer med ultrahög molekylvikt, som säljs kommersiellt under varumärket Dyneema. Dessa polymerbaserade tyger marknadsförs för sin höga hållfasthet, hållbarhet och nötningsbeständighet, och används ofta för att skapa kroppsrustningar, specialsportutrustning, rep och nät.

Purdue värmeöverföringsforskare undersökte nyligen andra användningsområden för tyget, nämligen som ett kylande gränssnitt mellan mänsklig hud och bärbar elektronik (se en video om denna forskning på YouTube). Deras forskning publiceras i Vetenskapliga rapporter .

"Det här tyget har stor flexibilitet och termiska egenskaper. Om du syr det annorlunda, väv det annorlunda eller börja blanda polymererna med olika material, du kan skräddarsy tygets egenskaper för olika applikationer, sa Justin Weibel, en forskardocent vid Purdues School of Mechanical Engineering.

Om ett material har en hög värmeledningsförmåga, det betyder att värmen försvinner genom materialet lättare. Det finns många värmeavledningsmetoder för tyger, från det enkla (fukttransporterande); till det intrikata (konventionella tyger med värmeledande trådar invävda); till det mycket komplexa (vätskekylda plagg som bärs av astronauter).

"Din nästa smartklocka eller virtual reality-headset kan vara mer kraftfull än din nuvarande smartphone, så vi måste leda bort värmen från de elektroniska komponenterna för att hålla bäraren bekväm, " sa Aaditya Candadai, som nyligen avslutade sin Ph.D. på Purdue forskar om detta projekt. "Dessa polymertyger har fantastiska termiska egenskaper som kan hålla dessa enheter svalare och undvika låggradiga brännskador på huden."

Teamet upptäckte dessa egenskaper genom att jämföra Dyneema mot konventionella bomullstyger, samt polyetenskivor i styv non-woven form. De fick flera olika kommersiellt tillverkade tygprover och vävde till och med sina egna prover av råa Dyneema-fibrer.

Forskarna testade tygproverna vid Birck Nanotechnology Center i Purdues Discovery Park. Proverna gick in i en liten vakuumkammare, med en metalltråd som läggs över ytan som värmekälla.

Med hjälp av ett infrarött mikroskop, de kunde generera detaljerade data om hur mycket värme som leds genom tygets yta, och åt vilket håll. De fann att Dyneema-tyget har 20-30 gånger högre värmeledningsförmåga än andra tyger, jämförbar med stål.

Teamet testade också tygets flexibilitet, vilket är viktigt för bärbar elektronik.

"Det finns en balans; vi vill inte göra värmeledande material som är så styva, folk kommer inte att vara bekväma med att bära dem, "Candadai sa. "Dessa polymertyger är i den söta punkten att ha god ledningsförmåga och god flexibilitet."

Tyget har naturligtvis dessa egenskaper utan ytterligare kretsar eller annan utrustning, men forskarna har också planer på att testa hur vävning i olika material påverkar tyget.

"Vi skulle kunna integrera andra typer av fibrer - kolfibrer, metallfibrer – för att uppnå olika kombinationer av egenskaper, sa Amy Marconnet, en docent i maskinteknik.