https://bitly.su/NaLWcW6
Когда на улице холодно, очень легко одеваться, чтобы оставаться в тепле. Но когда жарко, слоёв одежды так много, что её можно снять. В большинстве мест, в конце концов, невежливо бегать голышом! Сейчас исследователи разработали новый тип ткани, удерживающей очень мало тепла в организме. Это может держать владельца прохладнее, чем при использовании других тканей.
Как тепло движется?
Одежда помогает согреть тело. И они делают это несколькими способами. Первая заключается в предотвращении процесса, известного как конвекция. Здесь ткань задерживает слой воздуха рядом с кожей. После прогрева воздух перекрывает поток тепла из организма.
Если бы там не было одежды, воздух, нагретый телом, уносился бы через конвекцию. Охлаждающий воздух будет поступать, чтобы занять его место. Этот новый воздух будет поглощать больше тепла и уносить его прочь.
Второй способ согреть нас с помощью одежды - это заблокировать выделение тепла через процесс, известный как излучение. Как и свет, тепло является одной из форм электромагнитного излучения.
Зимой хорошо блокировать потерю тепла - и, таким образом, оставаться в тепле - это хорошо. Но летом, когда перегрев может быть проблемой, было бы неплохо, если бы тепло покинуло тело, говорит Йи Цуй.
Команда Куи придумала ткань, которая прозрачна для тепла тела. Это позволяет этой энергии просто излучаться.
Поскольку его энергия ниже, чем у видимого света, тепло известно как инфракрасное излучение. Это излучение также имеет большую длину волны, чем видимый свет. И эти различия в длине волны были ключевыми при проектировании ткани, которая блокировала бы видимый свет, но не мешала нагреву тела, объясняет Цуи.
Когда излучение (например, тепло или свет) достигает объекта, он может отскакивать от него или перемещаться вокруг него. Что в значительной степени будет зависеть от двух факторов: размера объекта и длины волны излучения. Если волна такого же размера, как и объект или меньше, она обычно отражается от объекта.
Вот почему небо голубое. Длина волн синего света примерно такая же, как и длина волны молекул газа в воздухе. Итак, они попадают в молекулы и рассеиваются во все стороны. Другие цвета, включая красный свет, имеют более длинные волны. Они проходят мимо молекул газа.
При разработке своей новой ткани Цуи и его команда начали использовать общий пластик. Известен как полиэтилен. Ежегодно миллионы тонн превращаются в бутылки и упаковку. Тонкий эластичный слой этого материала также можно найти в батареях, отмечает Куи. (Тип, используемый в батареях, очень похож на тот, что используется в продуктовых пакетах.) Этот пластик дешев, он стоит всего около $2 за квадратный метр (около 10,5 квадратных футов)
https://bitly.su/pT3n
Нанопористая ткань
Но большим преимуществом нового материала является его структура. В отличие от пластиковой версии, используемой в бутылках и многих пакетах, новая версия включает в себя крошечные плавленые пузырьки или нанопоры.
Эти пузырьки, каждый диаметром около миллиардной доли метра, взаимосвязаны и позволяют жидкостям (например, воздуху) течь с одной стороны на другую. В целом, при ближайшем рассмотрении материал выглядит как очень тонкая, очень маленькая версия кухонной губки.
Цуи и его команда модифицировали материал, чтобы пузырьки стали определенного размера. Если большинство из них находятся в диапазоне от 50 до 1000 нанометров (или до 39 миллионных долей дюйма), они рассеют и блокируют видимый свет. (Длина волн видимого света варьируется от 400 нанометров - красного до 700 нанометров - синего).
Но инфракрасные волны больше, чем нанопоры материала. Так что тепло будет излучать прямо вокруг крошечных пузырьков.Для инфракрасных волн длиной свыше 2000 нанометров, более 90% этого тепла будет проходить через них.
Насколько круто?
Команда придумала способ проверить, насколько хорошо тепло (это инфракрасное излучение) будет проходить через новую ткань. При ношении хлопчатобумажной рубашки температура кожи мужчины поднималась бы примерно на 3,5° C (6,3° Fahrenheit) выше, чем если бы он вообще не носил никакой рубашки.
Но в рубашке, сделанной из новой ткани команды, его кожа будет чувствовать только 0,8 °C (около 1,4 °F) теплее, чем если бы он остыл без рубашки. (Конечно, они никогда не делали такую рубашку. Они недостаточно заработали на новой ткани.)
Это большая разница температур, говорит Куи. И это, вероятно, также существенно повлияет на счета домашних хозяйств за энергию. Тем, кто чувствует себя прохладно, не нужно устанавливать термостат для кондиционирования воздуха слишком низко. И это сэкономит деньги. Как показали исследования, на каждые 1 °C (1,8 °F) теплее установлен термостат кондиционера, жители будут потреблять примерно на 10% меньше энергии в домашнем хозяйстве.
И это большое дело. "Кондиционирование воздуха - это одна из самых больших затрат энергии в стране", - говорит Пинг Лю. Он химик в Калифорнийском университете, Сан-Диего. Уменьшение этих счетов сэкономит людям кучу денег.
Это также сократило бы количество электроэнергии, которое электростанции должны были бы поставлять. Многие из этих электростанций вырабатывают электроэнергию путем сжигания угля или других ископаемых видов топлива. Это сжигание выбрасывает углекислый газ, парниковый газ, согревающий планету.
Охлаждающая ткань
Эта анимация показывает, как ткань, заполненная крошечными порами, блокирует попадание солнечного света (желтого цвета), но позволяет телу выходить теплу (красного цвета). Обе тактики помогают держать владельца в прохладе.
В целом, отмечает Куи, на отопление и охлаждение зданий приходится около одной восьмой всей энергии, используемой в Соединенных Штатах.
Новая ткань его команды, пока что, протестирована только в лаборатории. Он был сделан не в больших количествах. Но это не единственный тип ткани, которая может позволить большому количеству тепла уйти, отмечает Светлана Борискина. Она физик Массачусетского технологического института в Кембридже.
В прошлом году ее команда выработала другой подход. Эта группа также будет использовать полиэтилен. Но она начиналась с без пузырьковых волокон пластика диаметром 1 микрометр (примерно в семнадцать раз шириной с тончайший человеческий волос). Затем они наматывали эти волокна вместе, образуя пряжу длиной около 30 микрометров. Их ткань была бы соткана из этой пряжи.
Они еще не сделали ничего из этой крутой ткани. Но их компьютерные анализы показывают, что такая ткань была бы еще более прозрачной для обогрева, чем та, что была разработана группой Цуй. По оценкам ее команды, лишь 3 процента тепла тела будет удерживаться материалом. Так что ношение его может держать людей даже немного круче, чем Стэнфордская ткань.
Полиэтилен обычно чистый, говорит Борищина. Но можно добавлять пигменты или красители в материал, чтобы придать ему цвет. Потому что эти цвета находятся внутри материала, это сделает их менее подверженными истиранию и выцветанию, отмечает она. Но исследователи должны быть очень осторожны, добавляет она, при выборе пигментов, которые не блокируют инфракрасное излучение.