Исследователи создали ткань, которая динамически регулирует тепло, проходящее через нее.
Эта новая ткань, разработанная учеными из Университета Мэриленда ЮХуан Вангом и Оуян Минем, является первой тканью, которая автоматически меняет свойства, удерживая или выделяя тепло в зависимости от условий.
Несмотря на десятилетия инноваций в тканях с высокотехнологичными тепловыми свойствами, которые сохраняют бегунов марафона прохладными или теплых альпинистов, никогда не было материала, который изменяет свои изоляционные свойства в ответ на окружающую среду. До сих пор.
Исследователи из Университета Мэриленда создали ткань, которая может автоматически регулировать количество тепла, которое проходит через нее. Когда условия теплые и влажные, такие как те, что находятся рядом с потным телом, ткань пропускает инфракрасное излучение (тепло). Когда условия становятся более прохладными и сухими, ткань уменьшает выделяемое тепло. О развитии было сообщено в выпуске журнала Science от 8 февраля 2019 года .
Исследователи создали ткань из специально спроектированной пряжи, покрытой проводящим металлом. В жарких и влажных условиях нити пряжи уплотняются и активируют покрытие, которое меняет способ взаимодействия ткани с инфракрасным излучением. Они называют действие "стробированием" инфракрасного излучения, которое действует как настраиваемая шторка для передачи или блокирования тепла.
«Это первая технология, которая позволяет нам динамически пропускать инфракрасное излучение», - сказал ЮХуан Ван, профессор химии и биохимии в UMD и один из соответствующих авторов статьи, который руководил исследованиями.
Базовая пряжа для этого нового текстиля создается из волокон, изготовленных из двух различных синтетических материалов: один поглощает воду, а другой отталкивает ее. Пряди покрыты углеродными нанотрубками, специальным классом легкого проводящего металла на основе углерода. Поскольку материалы в волокнах сопротивляются и поглощают воду, волокна деформируются при воздействии влаги, например, окружающей потеющего тела. Это искажение сближает нити пряжи, что делает две вещи. Во-первых, это открывает поры в ткани. Это имеет небольшой охлаждающий эффект, потому что позволяет отводить тепло. Во-вторых, и что наиболее важно, он модифицирует электромагнитную связь между углеродными нанотрубками в покрытии.
«Вы можете думать об этом эффекте связи, как изгиб радиоантенны, чтобы изменить длину волны или частоту, с которой она резонирует», - сказал Ван. «Это очень упрощенный способ думать об этом, но представьте, что две антенны расположены близко друг к другу, чтобы регулировать тип электромагнитной волны, которую они собирают. Когда волокна сближаются, излучение, с которым они взаимодействуют, меняется. В одежде это означает, что ткань взаимодействует с теплом, исходящим от человеческого тела ".
В зависимости от настройки ткань либо блокирует инфракрасное излучение, либо пропускает его. Реакция почти мгновенная, поэтому, прежде чем люди поймут, что они нагреваются, одежда уже могла их охлаждать. С другой стороны, когда тело охлаждается, механизм динамического затвора работает в обратном направлении, удерживая тепло.
«Человеческое тело - идеальный радиатор. Он быстро отдает тепло», - говорит Мин Оуян, профессор физики в УМД и другой соответствующий автор статьи. «На протяжении всей истории единственным способом регулирования радиатора было снятие одежды или надевание одежды. Но эта ткань является настоящим двунаправленным регулятором».
Согласно научной статье, это первый текстильный материал, способный регулировать теплообмен с окружающей средой.
«Эта новаторская работа обеспечивает захватывающую новую переключаемую характеристику для одежды, регулирующей комфорт», - сказал Рэй Боугман, профессор химии в Техасском университете, который не принимал участия в исследовании. «Известно, что текстильные изделия увеличивают пористость в ответ на потоотделение или повышение температуры, а также текстильные материалы, которые передают инфракрасное излучение, связанное с температурами тела. Однако никто до этого не нашел способа переключения как пористости, так и инфракрасной прозрачности текстиля, как обеспечить повышенный комфорт в ответ на условия окружающей среды. "
Требуется проделать большую работу, прежде чем ткань можно будет коммерциализировать, но, по мнению исследователей, материалы, используемые для базового волокна, легко доступны, и углеродное покрытие можно легко добавить во время стандартного процесса крашения.
«Я думаю, что очень интересно иметь возможность применить это явление стробирования к развитию текстиля, способного улучшить функциональность одежды и других тканей», - сказал Оуян.