環境状況に応じて自動冷却・保温するファブリックを初めて開発

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 (Scientists Develop First Fabric to Automatically Cool or Insulate Depending on Conditions)

2019/2/7 メリーランド大学(UMD)

・ UMD が、環境に応じて熱の透過を自動制御するファブリックを開発。
・ 夏場に汗をかいたような高温・高湿度下では赤外線(放射熱)を放出し、涼しく乾燥した場合ではその放出量を低減させる、赤外線の動的な通門(dynamic gating)を可能にした初の技術となる。
・ ファブリックの織糸には吸水性と撥水性の 2 種類の化学合成材料を使用。この織糸をカーボンナノチューブ(CNTs)でコーティングした。織糸の 2 種類の性質により、汗等の湿気で織糸が歪むと織糸同士が近づいてファブリックの気孔が開き、次に CNTs 間の電磁結合が変わって人体が放射する熱と相互作用する。
・ 同ファブリックで赤外線を遮断・透過させる反応はほぼ瞬時に起こるため、着用した人が暑さを感じる前に冷却が始まる。身体が冷えてくると、この動的通門のメカニズムは逆に熱を捉える。
・ 人体にはもともと迅速に熱を放射する機能が備わっているが、この熱放射機能は衣類の着脱で制御している。今回開発のファブリックは真の双方向性調整装置と考える。
・ 従来のテキスタイルは、熱や温度上昇に反応して気孔を増やすものや、身体温度に伴って熱放射するものであったが、気孔と赤外線透過の両方を切り替えることで環境に応じた快適さを提供するテキスタイルの開発は今回が初めて。
・ 商業化にはさらに研究を進める必要があるが、織糸の材料は入手が容易で、CNTs は標準的な染色プロセスに簡単に導入できる。
・ 本研究は、米国エネルギー省(DOE)、米国防高等研究計画局(ARPA-E)による Delivering Efficient Local Thermal Amenities (DELTA)プログラムの一環として、ARPA-E が支援した。
URL: https://www.umdrightnow.umd.edu/news/scientists-develop-first-fabric-automatically-coolor-insulate-depending-conditions

(関連情報)
Science 掲載論文(アブストラクトのみ:全文は有料)
Dynamic gating of infrared radiation in a textile
URL: http://science.sciencemag.org/content/363/6427/619

<NEDO海外技術情報より>

Abstract

The human body absorbs and loses heat largely through infrared radiation centering around a wavelength of 10 micrometers. However, neither our skin nor the textiles that make up clothing are capable of dynamically controlling this optical channel for thermal management. By coating triacetate-cellulose bimorph fibers with a thin layer of carbon nanotubes, we effectively modulated the infrared radiation by more than 35% as the relative humidity of the underlying skin changed. Both experiments and modeling suggest that this dynamic infrared gating effect mainly arises from distance-dependent electromagnetic coupling between neighboring coated fibers in the textile yarns. This effect opens a pathway for developing wearable localized thermal management systems that are autonomous and self-powered, as well as expanding our ability to adapt to demanding environments.

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