Хотя легко создать одежду, которая согреет вас, гораздо сложнее придумать одежду, которая сохранит прохладу в знойный летний день. Теперь исследователи разработали ткань, которая выглядит как обычная футболка, но может охладить тело почти на 5 ° C. Они говорят, что в случае массового производства технология могла бы помочь людям во всем мире защитить себя от повышения температуры, вызванного изменением климата.
Для создания одежды, отражающей солнечный свет, модельеры обычно используют светлые ткани, отражающие видимый свет. Но другой метод отражает электромагнитное излучение Солнца, включая ультрафиолетовое (УФ) и ближнее инфракрасное (БИК) излучение. NIR нагревает объекты, которые его поглощают, и медленно охлаждает их, когда они излучают. Однако этому процессу охлаждения препятствует наша атмосфера: излучение в ближнем инфракрасном диапазоне от объекта часто поглощается близлежащими молекулами воды, нагревая окружающий воздух.
Чтобы ускорить процесс охлаждения, исследователи обращаются к среднему инфракрасному излучению (MIR), типу инфракрасного излучения с более длинными волнами. Вместо того, чтобы поглощаться молекулами окружающего воздуха, энергия МИР уходит прямо в космос, охлаждая как объекты, так и их окружение. Этот метод известен как радиационное охлаждение, и инженеры использовали его в течение последнего десятилетия для проектирования крыш, пластиковых пленок, дерева и ультрабелых красок.
Человеческая кожа, в отличие от многих видов одежды, которую мы носим, естественным образом излучает МИР. В 2017 году исследователи из Стэнфордского университета разработали ткань, которая пропускает МИР из человеческого тела прямо через него, охлаждая пользователя примерно на 3 ° C. Но для работы ткань должна была быть очень тонкой - всего 45 микрометров, или около одной. треть толщины легкой льняной классической рубашки. Это заставило некоторых исследователей усомниться в его прочности.
При разработке более толстой ткани инженеры Ма Яогуанг из Чжэцзянского университета и Тао Гуанмин из Хуачжунского университета науки и технологий использовали другой подход. Вместо того чтобы пропускать МИР из кожи прямо через их ткань, они и их коллеги разработали ткань, в которой используются химические связи для поглощения тепла тела и повторного излучения его энергии в космос в виде МИР. Ткань 550 микрометров, изготовленная из смеси полимолочной кислоты и синтетических волокон с наночастицами диоксида титана, рассеянными повсюду, также отражает ультрафиолетовый, видимый и ближний ИК свет, дополнительно охлаждая пользователя. Несмотря на то, что она выглядит как обычная рубашка, «оптически это зеркало», - говорит Тао.
Чтобы проверить свое творение, исследователи собрали плотно прилегающий жилет, одна половина которого была сделана из их ткани, а другая - из белого хлопка примерно такой же толщины. Аспирант надел жилет и просидел на шезлонге под прямыми солнечными лучами в течение 1 часа. Когда исследователи измерили температуру его кожи, сторона под новой тканью была почти на 5 ° C холоднее, чем сторона под хлопком, сообщили сегодня в Science. Для инфракрасной камеры контраст был четко виден, и Тао говорит, что ученик мог чувствовать разницу температур.
«Все это интересно», - говорит Йи Цуй, ученый-материаловед из Стэнфорда, который руководил предыдущей работой и чья лаборатория продолжала работать над прозрачными тканями в среднем ИК-диапазоне. Но он добавляет, что, поскольку технология MIR-излучения до сих пор использовалась на неподвижных поверхностях, которые постоянно обращены к небу, авторы новой работы должны также измерить, насколько хорошо их ткань остывает, когда люди стоят или ходят. Он также задается вопросом, работает ли ткань также, когда она свободно сидит, поскольку охлаждающий элемент зависит от ее тесного контакта с кожей.
Эвелин Ван, инженер-механик из Массачусетского технологического института, разделяет некоторые опасения Куи. Но она добавляет, что эта работа говорит о быстром прогрессе в области радиационного охлаждения. «Такой подход имеет преимущества, потому что он может позволить использовать более широкий спектр материалов и больше походить на хлопок, что важно для пользователя».
Ма и Тао сейчас обращаются к производителям текстиля и производителям одежды, чтобы попытаться разместить их ткани на полках. Они говорят, что ткань с добавлением наноматериалов должна добавить лишь около 10% к типичным затратам на производство одежды. «Мы можем сделать это при массовом производстве, а это значит, что каждый может получить футболку… и стоимость в основном такая же, как и у их старых вещей», - говорит Ма. «Это может принести пользу всем».