(Phys.org)—Genom att bära kläder som har doppbelagts i en silvernanotrådslösning (AgNW) som är mycket strålningsisolerande, en person kan hålla sig så varm på vintern att de avsevärt kan minska eller till och med eliminera behovet av att värma sitt hem. Med tanke på att 47 % av den globala energin går åt till inomhusvärme, och 42 % av detta specifikt för uppvärmning av bostäder, sådana mycket isolerande kläder kan potentiellt innebära stora kostnadsbesparingar.

Ett team av forskare ledda av professor Yi Cui, tillsammans med doktoranden Po-Chun Hsu och andra vid Stanford University, har publicerat en artikel om de AgNW-belagda textilierna i ett färskt nummer av Nanobokstäver .

Som forskarna förklarar, de flesta strategier för att minska inomhusuppvärmning fokuserar på att förbättra isoleringen av byggnaderna, till exempel genom att använda isolering med högt R-värde och fönster med låg emission. Dock, en stor del av energin går fortfarande till spillo på att värma upp tomt utrymme och livlösa föremål.

För att undvika detta slöseri, forskarna har använt en ny strategi som kallas "personlig termisk hantering, " som fokuserar på att värma människor. De har visat att kläder doppas i en lösning av metalliska nanotrådar, såsom AgNWs, uppnår detta mål genom att både tillhandahålla passiv isolering och möjliggöra aktiv uppvärmning när den är ansluten till en extern strömkälla.

Den största fördelen med de AgNW-belagda kläderna är att de reflekterar över 90 % av en individs kroppsvärme (d.v.s. infraröd strålning) tillbaka till individen. Denna reflektans är mycket högre än till och med den varmaste ulltröjan, eftersom det genomsnittliga klädmaterialet endast återspeglar cirka 20 % av kroppsvärmen.

Denna ökning av reflektans beror på skillnader i materialens emissivitet, vilket är ett mått på värmestrålning. Material med låg emission som silver, som har en emissivitet på 0,02, avger mindre strålning och ger därför mycket bättre isolering än högemissionsmaterial som vanliga textilier, som har en emissivitet på ca 0,8.

Självklart, att bära kläder helt av silver skulle vara opraktiskt och obekvämt, för att inte tala om dyra. En huvudorsak till detta obehag är att silver, som alla metaller, andas inte. Till exempel, Mylar filtar, som är gjorda av aluminium och plast, är extremt varma men är inte ånggenomsläppliga, orsakar att fukt samlas på en persons hud.

De nya AgNW-belagda kläderna, å andra sidan, andas på grund av nanotrådarnas porösa struktur. Det stora avståndet mellan nanotrådarna på cirka 300 nm ger gott om plats för vattenångamolekyler, som är cirka 0,2 nm, att passera. Avståndet på 300 nm är fortfarande alldeles för litet för att tillåta kroppsvärme att passera igenom, eftersom strålning från människokroppen har en våglängd på cirka 9 µm och så interagerar med nanotrådsduken som om den vore en kontinuerlig metallfilm, och reflekteras.

Kläder belagda med AgNWs skulle kännas praktiskt taget identiska med vanliga kläder eftersom en så liten mängd AgNW-lösning krävs för att uppnå hög reflektivitet. Doppa bomullstyg i AgNW-lösningen ger en massa på bara 0,1 g/m ² , vilket skulle vara mindre än 1 gram för en hel outfit. Endast en liten bråkdel av denna massa är silver, så kostnaden skulle vara relativt billig. Använda andra metaller som koppar, nickel, eller aluminium, som har liknande egenskaper som silver, skulle kunna minska kostnaderna ytterligare.

Förutom att ge höga nivåer av passiv isolering, AgNW-belagda kläder kan också ge Joule-värme om de är anslutna till en elkälla, till exempel ett batteri. Forskarna visade att så lite som 0,9 V säkert kan höja klädtemperaturen till 38 °C, vilket är 1 °C högre än den mänskliga kroppstemperaturen på 37 °C.

Variabler som utomhustemperatur, längden på vintersäsongen, och hemstorlek gör det svårt att beräkna exakt hur mycket energi en person skulle spara genom att bära AgNW-belagda kläder. Dock, forskarna har beräknat en grov besparingsuppskattning på 8,5 kWh värmeenergi per person och dag, eller 1, 000 kWh per år förutsatt att värmesystemet är i drift fyra månader per år. Denna uppskattning är baserad på den genomsnittliga personen som behöver 367 W värmeeffekt, jämfört med 12 W som krävs av AgNW-beläggningskläderna vid aktiv drift.

Forskarna noterar att en 1, 000 kWh besparing i strömförbrukning motsvarar den effekt som genereras av en 2 kvadratmeter stor solpanel. Plus, tillverkning, installation, och underhåll av solpanelen skulle sannolikt kosta mycket mer än de AgNW-belagda kläderna.

När man testar hållbarheten hos de AgNW-belagda kläderna, forskarna fann att kläderna kunde tåla flera tvättcykler samtidigt som de bibehöll sina elektriska egenskaper. Förvånande, det elektriska motståndet minskade efter de två första tvättcyklerna, möjligen på grund av avlägsnandet av extra beläggning på AgNWs och en ökning av packningsdensiteten för nanotrådsnätet, och motståndet stabiliserades efter den tredje tvättcykeln.

Forskarna tillverkade och testade också kläder belagda i en kolnanorörslösning. Dock, även om kolnanorör är ledande och därför lämpliga för Joule-uppvärmning, deras höga emissivitet på 0,98 gör det inte möjligt för dem att reflektera kroppsvärme lika bra som AgNW-beläggningen.

© 2015 Phys.org