Trots årtionden av innovation inom tyger med högteknologiska termiska egenskaper som håller maratonlöpare svala eller alpina vandrare varma, det har aldrig funnits ett material som ändrar sina isolerande egenskaper som svar på miljön. Tills nu.

Forskare från University of Maryland har skapat ett tyg som automatiskt kan reglera mängden värme som passerar genom det. När förhållandena är varma och fuktiga, som de nära en svettig kropp, tyget tillåter infraröd strålning (värme) att passera igenom. När förhållandena blir svalare och torrare, tyget minskar värmen som kommer ut. Utvecklingen rapporterades den 8 februari, 2019 års nummer av tidskriften Vetenskap .

Forskarna skapade tyget av specialkonstruerat garn belagt med en ledande metall. Under heta, fuktiga förhållanden, garnsträngarna kompakterar och aktiverar beläggningen, vilket förändrar hur tyget interagerar med infraröd strålning. De hänvisar till handlingen som "gating" av infraröd strålning, som fungerar som en avstämbar persienn för att överföra eller blockera värme.

"Detta är den första tekniken som tillåter oss att dynamiskt gate infraröd strålning, sa YuHuang Wang, en professor i kemi och biokemi vid UMD och en av tidningens motsvarande författare som ledde studierna.

Basgarnet för denna nya textil är skapat med fibrer gjorda av två olika syntetiska material - det ena absorberar vatten och det andra stöter bort det. Strängarna är belagda med kolnanorör, en speciell klass av lättvikt, kolbaserad, ledande metall. Eftersom material i fibrerna både motstår och absorberar vatten, fibrerna deformeras när de utsätts för fukt som den som omger en svettig kropp. Den förvrängningen för garnsträngarna närmare varandra, som gör två saker. Först, det öppnar porerna i tyget. Detta har en liten kyleffekt eftersom det tillåter värme att strömma ut. Andra, och viktigast av allt, den modifierar den elektromagnetiska kopplingen mellan kolnanorören i beläggningen.

"Du kan tänka på den här kopplingseffekten som att böja en radioantenn för att ändra våglängden eller frekvensen den resonerar med, " sa Wang. "Det är ett mycket förenklat sätt att tänka på det, men tänk dig att föra två antenner nära varandra för att reglera vilken typ av elektromagnetisk våg de plockar upp. När fibrerna förs närmare varandra, strålningen de interagerar med förändras. I kläder, det betyder att tyget interagerar med värmen som strålar ut från människokroppen."

Beroende på inställning, tyget blockerar antingen infraröd strålning eller låter den passera igenom. Reaktionen är nästan omedelbar, så innan folk inser att de blir heta, plagget kan redan kyla ner dem. På baksidan, när en kropp svalnar, den dynamiska grindmekanismen arbetar omvänt för att fånga in värme.

"Människroppen är en perfekt radiator. Den avger värme snabbt, sa Min Ouyang, en professor i fysik vid UMD och tidningens andra motsvarande författare. "För hela historien, det enda sättet att reglera kylaren har varit att ta av sig eller ta på sig kläder. Men det här tyget är en sann dubbelriktad regulator."

Enligt Vetenskap papper, detta är den första textilen som har visat sig kunna reglera värmeväxlingen med omgivningen.

"Detta banbrytande arbete ger en spännande ny växlingsbar egenskap för komfortjusterande kläder, " sa Ray Baughman, en professor i kemi vid University of Texas som inte var inblandad i studien. "Textiler var kända som ökar porositeten som svar på svett eller ökande temperatur, samt textilier som överför den infraröda strålning som är förknippad med kroppstemperaturer. Dock, ingen tidigare hade hittat ett sätt att byta både porositet och infraröd transparens för en textil för att ge ökad komfort som svar på miljöförhållanden."

Mer arbete krävs innan tyget kan kommersialiseras, men enligt forskarna, material som används för basfibern är lättillgängliga och kolbeläggningen kan enkelt läggas till under standardfärgningsprocesser.

"Jag tycker att det är väldigt spännande att kunna tillämpa detta gating-fenomen på utvecklingen av en textil som har förmågan att förbättra funktionaliteten hos kläder och andra tyger, sa Ouyang.