Умная одежда

Курамшин А.И.
(«ХиЖ», 2019, №4)

pic_2019_04_11.JPG

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

Разработан новый текстильный материал, одежда из которого позволит своему хозяину поддерживать оптимальный температурный режим. Ткань регулирует перенос тепла в зависимости от того, жарко хозяину или холодно, реагируя на то, насколько интенсивно идет потоотделение («Science», 2019, 363, 619; doi: 10.1126/science.aau1217).

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.

123

Разные разности

07.07.2020 18:00:00

…проект ИТЭР по созданию крупнейшего в мире термоядерного реактора прошел важную веху — на место установлено основание криостата, самая большая и тяжелая часть токамака...

…созданы структуры для фотосинтеза, более эффективного, чем природный, — капли размером с клетку, содержащие мембраны хлоропластов шпината и компоненты ферментативного цикла для синтеза органических молекул из углекислого газа…

…каждая третья женщина европейского происхождения имеет «неандертальский» вариант рецептора гормона прогестерона, связанный с повышенной рождаемостью, более редким кровотечением на ранних сроках беременности и меньшим количеством выкидышей…


>>
20.05.2020 18:30:00

Вакцины – какие, сколько и на какой стадии?

Даже когда острая фаза пандемии COVID-19 закончится и меры карантина больше не будут нужны, сам вирус никуда не денется, а продолжит жить среди нас. Самый эффективный способ от него защититься – сделать вакцину.

>>
18.05.2020 19:00:00

Коронавирусы: в семье не без урода

Найдены молекулярные отличия более патогенных коронавирусов от менее патогенных. Пока не вполне ясно, как эти отличия работают. Но возможно ученые смогут понять, почему настолько похожие инфекционные агенты приводят к таким разным последствиям для человека.

>>
13.05.2020 17:00:00

…из-за снижения транспортных потоков во время пандемии коронавируса уменьшились сейсмические шумы в коре Земли; специалисты считают, что это облегчит мониторинг слабых землетрясений, вулканической активности и других сейсмических событий...

…6 марта с мыса Канаверал стартовала миссия Space X CRS-20, которая доставит на МКС 250 пробирок со стволовыми клетками человека; на протяжении месяца они будут развиваться в кости, хрящи и другие ткани в условиях невесомости...

…по мере того как на рынок выходят художественные произведения, разработанные с помощью генеративных алгоритмов и когнитивной робототехники, встает вопрос об авторском праве на них…

>>
05.05.2020 17:00:00

Смартфон может незаметно передавать секретные сведения посторонним через неучтенную разработчиками прореху на границе между столом и смартфоном. Как же это может быть? Ответ в ходе серии экспериментов получили исследователи из Вашингтонского университета.

>>