چکیده:
هنگامی که بیرون از خانه هوا سرد است، به منظور گرم نگاه داشتن خود پوشیدن لباسهای بیشتر کاری بسیار ساده است. اما به هنگام گرما تنها چاره کار درآوردن بسیاری از لباسها است. در هر صورت در بیشتر مکانها بی ادبی است که بدون لباس بیرون برویم! اکنون محققان نوعی بافت یا پارچه را طراحی کرده‌اند که گرمای بدن را به میزان بسیار اندک در خود حفظ می‌کند. این نوع بافت می‌تواند نسبت به دیگر بافت‌ها بدن فرد را خنک‌تر سازد.

تعداد کلمات: 1190  /   تخمین زمان مطالعه: 6 دقیقه

مترجم: رزیتا ملکی‌زاده

آنچه به تن می‌کنید بر میزان گرم شدن بدنتان تأثیر می‌گذارد. دانشمندان اکنون در حال طراحی و ساخت نوعی بافت نوین هستند که می‌تواند به خنک نگاه داشتن بدن به هنگام برخورداری از پوشش کامل کمک کند.

نحوه حرکت و سیر گرما
لباس به حفظ گرمای بدن کمک می‌کند. و این کار را به طرق مختلف انجام می‌دهد. نخستین راه، جلوگیری از بروز فرایندی تحت عنوان همرفت یا انتقال گرما به هوای اطراف است. در این هنگام، پارچه لایه‌‌ای از هوای مجاور پوست را به دام می‌اندازد. به محض گرم شدن، این هوا انتقال گرما به بیرون از بدن را قطع می‌کند. در صورتی که لباس بر تن نباشد، هرگونه هوایی که بدن آن را گرم کرده است از طریق فرایند همرفت از بین رفته و در نتیجه هوای خنک‌تر وارد شده و جای آن را می‌گیرد. این هوای جدید اکنون گرمای بیشتری از بدن گرفته و آن را نیز به بیرون انتقال می‌دهد.

دومین راهی که لباس، ما را گرم نگه می‌دارد به وسیله مسدود ساختن انتشار گرمای بدن از طریق فرایندی تحت عنوان تابش یا ساطع شدگی است. گرما نیز همانند نور شکلی از تابش الکترومغناطیسی است. به گفته‌ی یی کویی (Yi Cui)‎ دانشمند علم مواد از دانشگاه استنفورد واقع در پالو آلتو کالیفرنیا، در فصل زمستان ممانعت از به هدر رفتن گرما و در نتیجه گرم نگاه داشتن بدن کار عاقلانه‌ای است. اما در فصل تابستان، هنگامی که گرمای بیش از حد می‌تواند ایجاد مشکل نماید، بهتر است به گرما اجازه خروج از بدن داده شود.

بنابراین تیم کویی به نوعی بافت دست یافتند که در مقابل گرمای بدن به صورت ترانما با قابلیت عبور گرما عمل می‌کند. این پارچه اجازه می‌دهد که این انرژی به بیرون ساطع شود.

این پژوهشگران پارچه جدید خود را در دوم سپتامبر در مجله ساینس (Science) تشریح ساختند.

بسیار نامرئی ساختن یک پارچه نسبت به گرمای بدن
به این دلیل که انرژی گرما پایین‌تر از نور مرئی است، به آن اشعه مادون قرمز گویند (مادون به معنای پایین است). این نوع پرتو همچنین از طول موج‌های بلندتری نسبت به نور مرئی برخوردار است. (طول موج فاصله دو قله متوالی موج است). کویی تصریح می‌سازد که وجود تفاوت در طول موج کلید طراحی نوعی پارچه بود که بتواند نور مرئی را مسدود ساخته اما در مقابل گرمای بدن مقاومت نکند.  هنگامی که پرتویی (مانند گرما یا نور) به جسمی می‌رسد، می‌تواند بازتاب شده یا در اطراف آن حرکت نماید.


هنگامی که پرتویی (مانند گرما یا نور) به جسمی می‌رسد، می‌تواند بازتاب شده یا در اطراف آن حرکت نماید. این رخداد تا حد زیادی به دو چیز یعنی اندازه شیء و طول موج پرتو یا اشعه بستگی دارد. چنانچه موجی به اندازه شیء یا کوچکتر باشد، معمولاً از آن جسم به خارج منعکس می‌شود. به همین علت است که آسمان آبی است. اندازه طول موجهای نور آبی تا حدی به اندازه مولکولهای گاز در هوا می‌باشند. بنابراین، به این مولکولها برخورد کرده و در تمام جهات پراکنده می‌شوند. رنگهای دیگر از جمله نور قرمز دارای طول موجهای بلندتری هستند. آنها درست از کنار مولکولهای گاز عبور می‌کنند.

کویی و تیمش به هنگام شروع طراحی پارچه جدید خود، با یک پلاستیک معمولی کار را شروع کردند. این پلاستیک تحت عنوان پلی‌اتیلن شناخته می‌شود. انسان‌ها هر ساله میلیونها تُن از آن را به بطری و وسایل بسته بندی تبدیل می‌کنند. کویی توضیح می‌دهد که لایه نازک انعطاف پذیری از آن همچنین می‌تواند در باتری دیده شود. (نوعی از آن که در باتریها مورد استفاده قرار می‌گیرد بسیار شبیه به نوع به کار رفته در پاکتهای پلاستیکی خواربار فروشی‌ها است). این نوع پلاستیک ارزان می‌باشد.
اما مزیت بزرگ این ماده جدید، ساختار آن است. بر خلاف نوع پلاستیکی که در بطری‌ها و بسیاری کیسه‌های پلاستیکی بکار می‌رود، این نمونه جدید حاوی حباب‌های کوچک به هم پیوند شده یا نانوپور است. این حباب‌ها که قطر هر کدام از آنها در حدود یک میلیاردم متر است به هم پیوسته بوده و اجازه می‌دهند سیالاتی (مانند هوا) از یک طرف آنها به طرف دیگر جریان یابند. به طور کلی هنگامی که این مواد از نزدیک دیده شوند، شبیه به نمونه بسیار بسیار کوچک اسفنج آشپزخانه هستند.

کویی و تیمش در این ماده تغییراتی ایجاد کرده تا حبابهای آن را به اندازه مشخصی برسانند. چنانچه پهنای اکثر آنها بین 50 تا 1000 نانومتر (یا حدود 39 میلیونیوم در اینچ) باشد، پراکنده خواهند شد و نور مرئی را مسدود خواهند ساخت. (طول موجهای نور مرئی از حدود 400 نانومتر برای نور قرمز و 700 نانومتر  برای نور آبی متغیر است). اما امواج مادون قرمز بلندتر از نانوپورهای این ماده می‌باشند. بنابراین گرما درست در اطراف حبابهای کوچک ساطع خواهد شد و به عبارتی از آن عبور خواهند کرد.

در مادون قرمز با طول موجهای بیش از 2000 نانومتر، بیش از 90 درصد از این گرما از میان آن عبور خواهد کرد.  وجود تفاوت در طول موج کلید طراحی نوعی بافت بود که بتواند نور مرئی را مسدود ساخته اما در مقابل گرمای بدن مقاومت نکند.


میزان خنک کنندگی این پارچه
این تیم به منظور آزمایش میزان عبور گرما از این بافت روشی را مطرح ساختند. دمای بدن یا پوست فرد به هنگام پوشیدن یک پیراهن کتان یا نخی تا حدود 5ر3 درجه سانتیگراد بالا می‌رود که این میزان بیشتر از زمانی است که ابداً هیچ لباسی بر تن نداشته باشد. اما دمای پوست او در صورت پوشیدن پیراهن تولید شده از جنس پارچه جدید این تیم، تنها حدود 8ر0 سانتیگراد گرمتر از زمانی که بدون لباس است، احساس خواهد شد. (البته آنها هرگز چنین پیراهنی درست نکرده چرا که به قدر کافی از این پارچه جدید تولید نکردند).

به گفته کویی این تفاوت دمایی مقدار زیادی است. و به احتمال فراوان می‌تواند در میزان مصرف موجود در قبض برق خانگی نیز تفاوت زیادی ایجاد کند. فردی که احساس گرما نمی‌کند نیازی به روشن کردن کولر یا دستگاه تهویه نخواهد داشت. و این کار می‌تواند در هزینه‌ها صرفه جویی ایجاد کند.

پینگ لی‌یو (Ping Liu‎)  شیمیدان دانشگاه کالیفرنیا، سن دیگو عنوان می‌کند که این اهمیت زیادی دارد چرا که «تهویه هوا یکی از پرمصرف‌ترین انرژی در کشور است». کاهش مصرف برق می‌تواند موجب صرفه جویی مقدار زیادی پول شود. همچنین می‌تواند مقدار برقی که نیروگاه‌ها نیاز به تأمین آن را دارند کاهش دهد. بسیاری از این نیروگاه‌ها برق را با سوزاندن زغال سنگ یا سایر سوختهای فسیلی تولید می‌کنند. این نوع سوخت گاز دی اکسید کربن ساطع کرده که موجب انتشار گاز گلخانه‌ای و گرم شدن کره زمین می‌شود.

پارچه جدید تیم کویی در حال حاضر تنها در آزمایشگاه مورد آزمایش قرار گرفته است. و به تولید انبوه نرسیده است. سوتلانا بوریسکینا (Svetlana Boriskina) فیزیکدان مؤسسه فناوری ماساچوست در کمبریج عنوان می‌کند که اما این تنها نوع پارچه‌ای نیست که می‌تواند موجب گریز مقدار بالایی از گرمای بدن شود.

سال گذشته تیم او به رویکرد متفاوتی دست یافت. این گروه نیز از پلی‌اتیلن استفاده می‌کند. اما با الیاف بدون حباب پلاستیکی به عرض 1 میکرومتر (حدود یک هفتم پهنای باریک‌ترین موی انسان) شروع می‌شود. سپس این الیاف را به هم بافته تا نخی به عرض 30 میکرومتر از آن بدست آید. پارچه آنها از این نخ تولید خواهد شد.

آنها هنوز هیچ پارچه خنک کننده‌ای از آن تولید نکرده‌اند. اما تجزیه و تحلیل‌های کامپیوتری آنها نشان می‌دهد که چنین پارچه‌ای حتی بیشتر از پارچه طراحی شده گروه کویی، گرما را از خود عبور می‌دهد. تیم او تخمین می‌زند که تنها 3 درصد از گرمای بدن با این ماده حفظ می‌شود. بنابراین پوشیدن آن فرد را حتی خنک‌تر از پارچه استنفورد خواهد ساخت.

برگرفته از سایت science news for students