مروری بر کاربرد زیست‌سرامیک‌ها در منسوجات گرمابخش با امواج زیرقرمز دور

نوع مقاله : تالیفی

نویسندگان

1 دانشکده مهندسی نساجی، دانشگاه صنعتی امیرکبیر

2 عضو هیات علمی/ دانشکده مهندسی نساجی، دانشگاه صنعتی امیرکبیر

3 دانشکده مهندسی نساجی دانشگاه صنعتی امیرکبیر

10.22063/basparesh.2020.2670.1509

چکیده

تمام اندام­ های زنده در برابر امواج الکترومغناطیس قرار دارند که از سوی خورشید به زمین می­ رسند. تابش زیرقرمز بخشی از انرژی (انرژی گرمایی) در طیف الکترومغناطیس هستند که با توجه به طول موج آن­ها به سه دسته اصلی زیرقرمز نزدیک، زیرقرمز میانه و زیرقرمز دور تقسیم می­ شوند. استفاده از امواج زیرقرمز دور در منسوجات پزشکی به ­منظور تنظیم دمای بدن انسان کاربردهای متنوعی دارد. به ­طور مثال، کامپوزیت­ های نساجی با به­ کارگیری مواد مناسب می­ توانند این ویژگی را ایجاد کنند. در این مطالعه، ابتدا به تعریف امواج زیرقرمز و کاربرد­های آن­ها در صنایع پرداخته شده، سپس اثر زیستی و نحوه تأثیر آن بر سلول­ های زنده مرور شده است. زیست­ سرامیک­ ها از مواد مؤثر در تهیه منسوجات گرمابخش در کاربردهای پزشکی هستند. از این رو، نتایج کار پژوهشگران برای ایجاد خواص گرمایی تابش زیرقرمز دور با استفاده از زیست­ سرامیک­ ها، در این مقاله مقایسه و ارائه شده است. نتایج نشان ­می­ دهد، برای بررسی خواص امواج زیرقرمز دور اندازه ­گیری­ های گرمایی باید در بازه طول موج μ 5 تا μ 20 انجام شود. همچنین مطالعات نشان داد، نانوذرات زیست ­سرامیک برپایه زیرکونیم، توان تابشی و انتشار گرمایی بیشتری نسبت به سایر زیست­ سرامیک ­ها دارند. صرف نظر از نوع زیست­ سرامیک استفاده­ شده، اندازه ذرات، شکل سطح مقطع الیاف حاوی زیست­ سرامیک ­ها، افزودنی­ ها و نحوه توزیع ذرات می­ تواند بر عملکرد تابش امواج زیرقرمز دور، مؤثر باشد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Application of Bioceramics in Heating Textiles with Far Infrared Waves: A Review

نویسندگان [English]

  • Mahdi Nakhaei Khoniki 1
  • Mohammad Reza Mojtahedi 2
  • Mohammad Ali Tavanaie 3
  • Amin Ebrahimzadeh Poshtiri 1
1 Textile Engineering Department, Amirkabir University of Technology
2 Faculty member, Textile Engineering Department, Amirkabir University of Technology
3 Textile Engineering Department, Amirkabir University of Technology
چکیده [English]

A ll living organs are exposed to sunlight electromagnetic rays. Infrared rays (thermal energy) are part of energy in the electromagnetic spectrum. The infrared spectrum is divided into three main categories according to its wavelength; near, middle and far infrared. The use of far infrared waves in medical textiles to regulate human body temperature has a variety of applications. For example, textile composites made with suitable materials can meet this demand. In this review, first fundamental theories of the infrared spectrum and its application in the industry are discussed, then the biological effect and how it affects living cells are reviewed. Bioceramics are one of the effective materials in the preparation of heating medical textiles in medical applications. The results of researchers' works in the field of thermal properties of bio ceramic treated textiles activated with infrared rays are compared and presented. The results show that the thermal properties of textiles should be measured in the wavelength range of 5 μm to 20 μm of the far infrared waves. Furthermore, studies have also shown that zirconium-based bioceramic nanoparticles show higher radiative power and heat transfer than other bioceramics. Also, despite the type of bioceramic used, the particle size, cross section of the fibers, additives and dispersion factor are very important parameters.

کلیدواژه‌ها [English]

  • electromagnetic waves
  • far infrared
  • bioceramic
  • thermal efficiency
  • heating textiles
1. Luongo J.P., Far‐infrared Spectra of Piezoelectric Polyvinylidene Fluoride, J. Polym. Sci. A-2: Polym. Phys., 10, 1119-1123, 1972.
2. Stygiene L., Varnaitė-Žuravliova S., Abraitiene A., Krauledas S., Baltušnikaitė-Guzaitiene J., and Padleckiene I., Investigation of Thermoregulation Properties of Various Ceramic-Containing Knitted Fabric Structures, J. Ind. Text, 50, 716-739, 2020.
3. Dyer J., Infrared Functional Textiles, In Functional Textiles for Improved Performance, Protection and Health, Pan N. and Sun G. (Eds.), Elsevier, 184-197, 2011.
4. Vatansever F. and Hamblin M.R., Far Infrared Radiation (FIR): Its Biological Effects and Medical Applications, Photonics Lasers Med., 1, 255-266, 2012.
5. Sheppard A.R., Swicord M.L., and Balzano Q., Quantitative Evaluations of Mechanisms of Radiofrequency Interactions with Biological Molecules and Processes, Health Phys., 95,
365-396, 2008.
6. Tatsumura-Hillyer K., Effects of Far-infrared and Terahertz Onnetsu Therapy on Cancer, Rheumatoid Arthritis and Other Diseases, J. Med. Oncol. Ther., 3, 123, 2018.
7. Lee M., Baletto F., Kanhere D.G., and Scandolo S., Far-Infrared Absorption of Water Clusters by First-Principles Molecular Dynamics, J. Chem. Phys., 128, 214506, 2008.
8. Chung H., Dai T., Sharma S.K., Huang Y.Y., Carroll J.D., and Hamblin M.R., The Nuts and Bolts of Low-level Laser (Light) Therapy, Ann. Biomed. Eng., 40, 516-533, 2012.
9. Heald M.A., Where Is the “Wien Peak”, Am. J. Phys., 71, 1322- 1323, 2003.
10. Conrado L.A.L. and Munin E., Reduction in Body Measurements After Use of a Garment Made with Synthetic Fibers Embedded with Ceramic Nanoparticles, J. Cosmet. Dermatol, 10, 30-35, 2011.
11. Liau B.Y., Leung T.K., Ou M.C., Ho C.K., Yang A., and Lin Y.S., Inhibitory Effects of Far-Infrared Ray-Emitting Belts on Primary Dysmenorrhea, Int. J. Photoenergy, 2012.
doi:10.1155/2012/238468
12. York R.M. and Gordon I.L., Effect of Optically Modified Polyethylene Terephthalate Fiber Socks on Chronic Foot Pain, BMC Complement. Med. Ther., 9, 1-7, 2009.
13. Shackelford J.F., Bioceramics (Applications of Ceramic and Glass Materials in Medicine), In Materials Science Forum, Trans Tech, Springer, 293, 1-109, 1999.
14. Hench L.L., Bioceramics: From Concept to Clinic, J. Am. Ceram. Soc., 72, 93-98, 1993.
15. Heimann R.B., Materials Science of Crystalline Bioceramics: A Review of Basic Properties and Applications, CMU J., 1, 23-46, 2002.
16. Richerson D.W. and Lee W.E., Modern Ceramic Engineering: Properties, Processing, and Use in Design, CRC, francis, 2005.
17. John Ł., Janeta M., and Szafert S., Designing of Macroporous Magnetic Bioscaffold Based on Functionalized Methacrylate Network Covered by Hydroxyapatites and Doped with Nano-
MgFe2O4 for Potential Cancer Hyperthermia Therapy, Mater. Sci. Eng.: C, 78, 901-911, 2017.
18. Kuo C.F.J., Fan C.C., Te-Li S., Chen S.H., and Lan W.L., Nano Composite Fiber Process Optimization for Polypropylene with Antibacterial and Far-Infrared Ray Emission Properties,
Text. Res. J., 86, 1677-1687, 2016.
19. Ko G.D. and Berbrayer D., Effect of Ceramic-Impregnated “Thermoflow” Gloves on Patients with Raynaud’s Syndrome: Randomized, Placebo-controlled Study, Altern. Med. Rev. A:
J. Clin. Ther., 7, 328-335, 2002.
20. Test Method of Specified Requirements of Far Infrared Textiles, FTTSFA-010.
21. Miao D., Fabrication of High Infrared Reflective Textiles by Magnetron Sputtering Technology, Ph.D. Thesis, The Hong Kong Polytechnic University, Institute of Textiles and
Clothing, 2015.
22. Park C.H., Shim M.H., and Shim H.S., Far IR Emission and Thermal Properties of Ceramics Coated Fabrics by IR Thermography, Key Eng. Mater., 321, 849-852, 2006.
23. Kim H.A. and Kim S.J., Far-Infrared Emission Characteristics and Wear Comfort Property of ZrC-Imbedded Heat Storage nitted Fabrics for Emotional Garments, Autex Res. J., 17,
142-151, 2017.
24. Kim H.A. and Kim S.J., Wear Comfort Properties of ZrC/ Al2O3/Graphite-Embedded, Heat-Storage Woven Fabrics for Garments, Text. Res. J., 89, 1394-1407, 2019.
25. Kubiliene D., Sankauskaite A., Abraitiene A., Krauledas S., and Barauskas R., Investigation of Thermal Properties of Ceramic-Containing Knitted Textile Materials, Fibres Text.
East. Eur., 24, 63-66, 2016.
26. Leung T.K., Lin J.M., Chien H.S., and Day T.C., Biological Effects of Melt Spinning Fabrics Composed of 1% Bioceramic Materialm, Text. Res. J., 82, 1121-1130, 2012.
27. Bahng G.W. and Lee J.D., Development of Heat-Generating Polyester Fiber Harnessing Catalytic Ceramic Powder Combined with Heat-Generating Super Microorganisms, Text.
Res. J., 84, 1220-30, 2014.
28. Tao Y., Li T., Yang C., Wang N., Yan F., and Li L., The Influence of Fiber Cross-Section On Fabric Far-Infrared Properties, Polymers (Basel), 10, 1147, 2018.
29. Lin J.H., Lin T.A., Lin T.R., Jhang J.C., and Lou C.W., Processing Techniques and Properties of Metal/Polyester Composite Plain Material: Electromagnetic Shielding Effectiveness and Far-
Infrared Emissivity, J. Ind. Text., 49, 365-382,32019.
30. Shin Y. and Park Y., Preparation and Application of Polymer- Composited Yarn and Knit Containing CNT/Ceramic, Cloth. Text. Res. J., 36, 3-16, 2018.