Ny forskning om det tvådimensionella (2-D) materialet grafen har gjort det möjligt för forskare att skapa smarta adaptiva kläder som kan sänka bärarens kroppstemperatur i varma klimat.

Ett team av forskare från University of Manchesters National Graphene Institute har skapat en prototypplagg för att demonstrera dynamisk termisk strålningskontroll i ett klädesplagg genom att utnyttja grafenens anmärkningsvärda termiska egenskaper och flexibilitet. Utvecklingen öppnar också dörren till nya applikationer som, interaktiva infraröda displayer och hemlig infraröd kommunikation på textilier.

Människokroppen utstrålar energi i form av elektromagnetiska vågor i det infraröda spektrumet (känd som svartkroppsstrålning). I ett varmt klimat är det önskvärt att utnyttja hela den infraröda strålningen för att sänka kroppstemperaturen, vilket kan uppnås genom att använda infrarödtransparenta textilier. När det gäller det motsatta fallet, infrarödblockerande överdrag är idealiska för att minimera energiförlusten från kroppen. Akutfiltar är ett vanligt exempel som används för att behandla extrema fall av kroppstemperaturfluktuationer.

Det samarbetande teamet av forskare demonstrerade den dynamiska övergången mellan två motsatta tillstånd genom att elektriskt ställa in den infraröda emissiviteten (förmågan att utstråla energi) hos grafenlager integrerade i textilier.

Enatoms tjock grafen isolerades och utforskades först 2004 vid University of Manchester. Dess potentiella användningsområden är enorma och forskning har redan lett till framsteg inom kommersiella produkter inklusive; batterier, mobiltelefoner, sportartiklar och bilar.

Den nya forskningen publiceras idag i tidskriften Nanobokstäver , visar att den smarta optiska textilteknologin kan förändra dess termiska synlighet. Tekniken använder grafenlager för att kontrollera värmestrålning från textila ytor.

Professor Coskun Kocabas, som ledde forskningen, sade:"Förmåga att kontrollera värmestrålningen är en nyckelnödvändighet för flera kritiska tillämpningar som temperaturhantering av kroppen i extrema temperaturer klimat. Termiska filtar är ett vanligt exempel som används för detta ändamål. Att behålla dessa funktioner när omgivningen värms upp eller svalnar har varit en enastående utmaning."

Prof Kocabas tillade:"Den framgångsrika demonstrationen av moduleringen av optiska egenskaper på olika former av textil kan utnyttja den allestädes närvarande användningen av fibrösa arkitekturer och möjliggöra ny teknik som verkar i det infraröda och andra områdena av det elektromagnetiska spektrumet för applikationer inklusive textilskärmar, kommunikation, adaptiva rymddräkter, och mode."

Denna studie byggde på samma grupps tidigare forskning med grafen för att skapa termiskt kamouflage som kunde lura infraröda kameror. Den nya forskningen kan också integreras i befintliga masstillverkade textilmaterial som bomull. Att demonstrera, teamet utvecklade en prototypprodukt i en t-shirt som gör det möjligt för bäraren att projicera kodade meddelanden som är osynliga för blotta ögat men läsbara av infraröda kameror.

"Vi tror att våra resultat i rätt tid visar möjligheten att omvandla de exceptionella optiska egenskaperna hos grafen till nya möjliggörande teknologier. De påvisade kapaciteterna kan inte uppnås med konventionella material.

"Nästa steg för detta forskningsområde är att ta itu med behovet av dynamisk termisk hantering av satelliter som kretsar runt jorden. Satelliter i omloppsbana upplever temperaturöverskott, när de möter solen och de fryser i jordens skugga. Vår teknik kan möjliggöra dynamisk termisk hantering av satelliter genom att kontrollera värmestrålningen och reglera satellittemperaturen på begäran, säger Kocabas.

Professor Sir Kostya Novoselov var också involverad i forskningen:"Detta är en vacker effekt, naturligt dirigerad i den unika bandstrukturen av grafen. Det är verkligen spännande att se att sådana effekter ger upphov till dessa högteknologiska tillämpningar." sa han.

Pappret, "Grafenaktiverade adaptiva infraröda textilier, " av Kocabas et al, publiceras i Nanobokstäver .