Умная одежда

При низкой влажности умная ткань становится более плотной (слева), а при высокой — более пористой (справа). Изображения получены с помощью флуоресцентной микроскопии

Около 40% тепла наших тел теряется с инфракрасным излучением. Уже существуют текстильные материалы, способные либо поглощать, либо рассеивать ИК-излучение, соответственно согревая или активно охлаждая хозяина, однако материала, способного и сохранять, и рассеивать тепло, пока не изобрели. Как заявляет руководитель исследования Ю Хуан Вон (университет Мэриленд, США), материал, разработанный в его лаборатории, — первый, способный динамически работать с теплом.

Идея создания нового материала возникла, когда Вон обдумывал, как одежда, регулирующая температуру тела, могла бы помогать сберегать электроэнергию. Если бы перепады плюс-минус пять градусов компенсировала одежда, не пришлось бы лишний раз включать кондиционеры или обогреватели. Он вспоминает, как поглядел на жалюзи в своем кабинете, и ему пришло в голову, что можно сделать ткань с переключателем, блокирующую или пропускающую инфракрасное излучение. Объединив усилия с физиком из того же университета Минем Уяном, Вон разработал умный материал.

Он соткан из нитей двух полимеров, которые давно применяют в легкой промышленности: триацетата целлюлозы и регенерированной целлюлозы — вискозы. Полученный текстиль реагирует на влажность: когда человек потеет, гидрофобный триацетат в волокне отталкивает воду, а фрагменты целлюлозы связываются с водой. Поскольку компоненты волокна разных полимеров по-разному реагируют на влагу, структура ткани искажается, и в ней образуются большие поры. Через них и отводится избыток тепла. Когда выделение пота становится менее интенсивным и ткань высыхает, элементы волокна сближаются, поры становятся меньше и ткань удерживает тепло.

Исследователи решили также скомбинировать текстиль с нанотрубками, чтобы управлять рассеянием ИК-излучения. Ведь нанотрубки отличаются высокой теплопроводностью. Кроме того, их способность рассеивать инфракрасное излучение зависит от их местоположения. Чем ближе они друг к другу, тем больше они взаимодействуют и лучше рассеивают инфракрасное излучение. Значит, когда волокна будут деформироваться, реагируя на появившуюся влагу (пот), нанотрубки сблизятся и тепло уйдет быстрее. А если система охладится и влага исчезнет, волокна вернутся в прежнее, недеформированное состояние, нанотрубки удалятся друг от друга и тепло будет сохраняться.

Исследователи сделали ткань из волокон триацетата целлюлозы, покрыли ее несколькими слоями углеродных нанотрубок и испытали в камере с контролируемой влажностью. Итог: новая ткань может и охлаждать, и согревать в том диапазоне температур, с которым мы сталкиваемся в обычной жизни.

Умная ткань менее чем за минуту решает, приступить ей к охлаждению или, наоборот, сохранять тепло, так что одежда из нее сможет регулировать температуру довольно быстро. Однако понятно, что во время дождя или просто при повышенной влажности ткань перестает быть умной. Поэтому исследователю Вону есть чем заняться в ближайшем будущем.

Эта статья доступна в печатном номере "Химии и жизни" (№ 4/2019) на с. 11.