Новая чувствительная ткань охладит тело в жару и согреет в холод

Концепция "умной" одежды давно привлекает учёных. Они создают ткани с множеством датчиков, которые могут заменить гаджеты или медицинские приборы.

Но есть ещё одна функция, которой, по мнению исследователей, непременно должна обладать одежда будущего. Это способность согревать или охлаждать тело человека по мере необходимости.

У инженеров и дизайнеров много идей. Одни команды работают над двухсторонней одеждой, одна сторона которой может согревать тело, а другая охлаждать. Другие уверены, что будущее за роботизированной тканью, которая использует алгоритмы искусственного интеллекта, чтобы оценить температуру тела человека и при необходимости обеспечить вентиляцию.

Новое оригинальное решение представили исследователи из Мэрилендского университета в Колледж-Парке. Они создали материал, который регулирует теплоизоляцию, переключаясь между охлаждающим и согревающим режимами.

Как известно, человеческое тело поглощает и испускает инфракрасное излучение, и это один из основных механизмов нашего теплообмена. При этом длины волн зависят от температуры тела: чем она выше, тем меньше длина волны и выше интенсивность излучения.

Новая ткань изменяет "настройки" на основе двух показателей: характеристик теплового излучения, а также уровня влажности, то есть потоотделения.

Для создания волокон, из которых состоят нити ткани, использовались два синтетических материала. Один из них поглощает воду, второй отталкивает её. Сверху нити покрыли слоем углеродных нанотрубок.

Когда часть волокон поглощает влагу, они деформируются. При этом волокна каждой нити сближаются. Охлаждающий эффект достигается за счёт сразу двух изменений.

Во-первых, толщина нити уменьшается, а поры между нитями, соответственно, расширяются, и наружу выпускается больше тепла.

Во-вторых, система из углеродных нанотрубок, которыми покрыты нити, действует как антенна, излучающая инфракрасные волны. При сближении волокон характеристики этой антенны меняются. В результате на целых 35% повышается её излучающая способность. Таким образом, ткань отводит больше тепла от тела человека.

Отмечается, что материал реагирует на изменения потоотделения мгновенно, поэтому человек даже не успеет почувствовать, что ему жарко: ткань уже успеет создать охлаждающий эффект.

В более прохладных условиях, когда человек не потеет, а уровень теплового излучения от его тела снижается, волокна расширяются, уменьшая зазоры. Таким образом материал предотвращает "утечку" тепла.

"Известны текстильные изделия, которые увеличивают пористость в ответ на потоотделение или повышение температуры. Тем не менее никто до этого не нашёл способа "переключения" [характеристик], чтобы обеспечить повышенный комфорт в ответ на [изменение] условий окружающей среды", – прокомментировал разработку профессор Рэй Боумэн (Ray Baughman) из Техасского университета в Далласе, не принимавший участия в исследовании.

Авторы подчёркивают ещё одну важную деталь: материалы для создания чувствительной ткани широко доступны. Покрытие из углеродных нанотрубок также не является дефицитом и легко наносится во время обычного процесса окрашивания ткани. Это означает, что производство одежды из инновационного материала будет относительно простым и недорогим.

Подробнее об этой разработке рассказывается в статье, опубликованной в журнале Science.

Кстати, ранее авторы проекта "Вести.Наука" (nauka.vesti.ru) рассказывали ещё об одном материале для охлаждения кожи – пластиковом текстиле. Кроме того, была создана ткань с другим любопытным свойством: она не требует стирки, поскольку самоочищается на свету.