Nooit meer koud met nanotextiel door nanotechnologie warmere kleding en betere isolatie

Extreem warm en toch ademend, dat zijn wellicht de kleren van de toekomst. Wetenschappers van de universiteit van Stanford (Verenigde Staten) onderzochten hoe in kleding verwerkte nanodraden ons warm kunnen houden. Op naar de nanosjaal en -muts?

9 januari 2015

Dit stukje ‘stof’ is gemaakt van zilveren nanodraden. Het isoleert niet alleen luchtstromen maar houdt ook infrarode straling tegen. — De nanostof, gemaakt van zilveren nanodraden.
Hsu et al./Nano Letters

In plaats van het verwarmen en beter isoleren van onze huizen, wil een groep wetenschappers van Stanford het over een andere boeg gooien. We moeten zélf betere isolatie en verwarming hebben. Hun oplossing: kleding met een laagje nanodraden die vrijwel geen warmte meer laat ontsnappen.

De wetenschappers testten twee verschillende stoffen waarin nanodraden van zilver en koolstofnanobuisjes waren verwerkt. Ze ontdekten dat hun ‘nanotextiel’ van zilver tot wel 40,8 procent van de warmtestraling van het lichaam reflecteert. Normale kleding kwam niet verder dan 1,3 procent. Bovendien heeft de kleding een goede doorlaatbaarheid. Net als normale stoffen kan het dus ‘ademen’. Het onderzoek werd woensdag gepubliceerd in Nano Letters.

Aluminiumfolie

De truc van dit nanotextiel is dat het niet alleen warmte vasthoudt door luchtstromen aan banden te leggen, maar ook door infrarode straling van het lichaam te weerkaatsen. In feite werkt het daardoor als aluminiumfolie waarmee je een gerecht warm houdt.

Het blijkt dat de grootte van de ruimte tussen de nanodraden (variërend van 200 tot 600 nanometer) weinig effect heeft op de weerkaatsing. Zolang deze afstand kleiner is dan de golflengte van infrarood licht van het lichaam (met een piek op 9 micrometer) komt de straling er nauwelijks doorheen.

Dit lapje stof gemaakt van nanodraadjes wordt voor een hand gehouden en bekeken met een warmtecamera. Te zien is dat het nanostof veel van de warmtestraling van de hand blokkeert. — Links een warmteopname van een nanostof in de S-vorm (rood en geel is warm, blauw is koud). Rechts een normale foto. De nanostof blokkeert veel van de warmtestraling van de hand.
Hsu et al./Nano Letters

De wetenschappers testten twee verschillende lapjes ‘nanotextiel’. Een bestond uit dunne zilveren nanodraden met een dikte van ongeveer 70 nanometer. De andere stof was gemaakt van koolstofnanobuisjes met een diameter van 5 nanometer.

Door materiaal dat vocht uit de lucht aantrekt in te pakken in het nanotextiel werd de doorlaatbaarheid voor lucht onderzocht. Naderhand werd dat materiaal gewogen om te bepalen hoeveel lucht het textiel doorliet. Daaruit bleek dat het nanolaagje de doorlaatbaarheid van de kleding slechts met enkele procenten vermindert.

Draagbare verwarming

Ook wasbeurten beïnvloeden deze eigenschappen nauwelijks, schrijven Po-Chun Hsu en collega’s. De stof van koolstofnanobuisjes weerkaatste overigens weinig infrarode straling. Toch kan een dergelijke stof aantrekkelijk zijn. Beide stoffen blijken namelijk te kunnen werken als een verwarming. Zowel zilvere nanodraden als koolstofnanobuisjes zijn geleidend en door er simpelweg een stroom doorheen te jagen, warmen ze op. Een spanning van slechts 0,9 volt was genoeg om een temperatuurverschil van 38 graden te bereiken.

De wetenschappers testten overigens niet in hoeverre een dergelijke stof in staat is om bijvoorbeeld een onderkoeld persoon op te warmen. Volgens de onderzoekers is stroom door je kleren in ieder geval niet gevaarlijk. Gezien de hoge elektrische weerstand van de menselijke huid blijft de stroom keurig binnen de kleding.

Ingezoomd op een stukje ‘stof’ van zilveren nanodraden. De draden zijn ongeveer 70 nanometer dik en kunnen infrarood licht weerkaatsen. — Ingezoomd op een stukje ‘stof’ van zilveren nanodraden.
Hsu et al./Nano Letters

Besparing

De wetenschappers denken dat dit een doorbraak kan zijn. Ze stellen dat het verwarmen van huizen wereldwijd goed is voor 47 procent van de uitstoot van broeikasgassen. En dat kan met deze vinding een stuk minder worden.

Zo zou er jaarlijks ongeveer 1000 kWh aan verwarmingsenergie worden bespaard als iemand in plaats van het huis te verwarmen de nanokleding draagt. Ter vergelijking, een tweepersoonshuishouden verbruikt per jaar ongeveer 3200 kWh aan stroom (overigens is dat niet de energie die naar de verwarming gaat).

Toch zijn er nog wel wat openstaande vragen. Want hoe comfortabel zit zo’n stof eigenlijk? Zijn er risico’s aan het grootschalige gebruik van nanodraden? Het is bovendien maar de vraag of mensen hun verwarming echt de deur uit doen als ze een extreem warme trui hebben.

Bron: