Хотя легко сконструировать одежду, которая согреет вас, гораздо сложнее придумать наряд, в котором вам будет прохладно в знойный летний день. Теперь исследователи разработали ткань, которая выглядит как повседневная футболка, но может охлаждать тело почти на 5°C. Они говорят, что технология, если дойдет до массового производства, может помочь людям во всем мире защитить себя от повышения температуры, вызванного изменением климата.
Для изготовления одежды, отражающей солнечные лучи, модельеры обычно используют светлую ткань, отражающую видимый свет. Но другой метод отражает электромагнитное излучение Солнца, включая ультрафиолетовое (УФ) и ближнее инфракрасное (NIR) излучение. NIR нагревает объекты, которые его поглощают, и медленно охлаждает их, когда они его излучают. Однако процессу охлаждения препятствует наша атмосфера: после излучения объекта NIR часто поглощается близлежащими молекулами воды, нагревая окружающий воздух.
Чтобы ускорить процесс охлаждения, исследователи обращаются к среднему инфракрасному излучению (MIR), типу инфракрасного излучения с большей длиной волны. Вместо того, чтобы поглощаться молекулами окружающего воздуха, энергия MIR уходит прямо в космос, охлаждая как объекты, так и их окружение. Этот метод известен как радиационное охлаждение, и за последнее десятилетие инженеры использовали его для проектирования крыш, пластиковых пленок, дерева и ультрабелых красок.
Человеческая кожа, в отличие от многих вещей, которые мы носим, естественным образом излучает MIR. В 2017 году исследователи из Стэнфордского университета разработали ткань, которая пропускает MIR человеческого тела через себя, охлаждая владельца примерно на 3°C. Но для работы ткань должна была быть очень тонкой – всего 45 микрометров, или около трети толщины легкой льняной классической рубашки. Это заставило некоторых исследователей усомниться в ее долговечности.
Чтобы разработать более толстую ткань, инженеры Ма Яогуан из Чжэцзянского университета и Тао Гуанмин из Хуачжунского университета науки и технологий использовали другой подход. Вместо того, чтобы позволить MIR из кожи проходить прямо через ткань, они и их коллеги разработали ткань, в которой использовались химические связи для поглощения тепла тела и повторного излучения его энергии в космос в виде MIR. Ткань толщиной 550 микрометров, изготовленная из смеси полимолочной кислоты и синтетических волокон с разбросанными повсюду наночастицами диоксида титана, также отражает ультрафиолетовый, видимый и ближний инфракрасный свет, дополнительно охлаждая пользователя. Несмотря на то, что она выглядит как обычная рубашка, «оптически это зеркало», говорит Тао.
Чтобы проверить свое творение, исследователи собрали облегающий жилет, одна половина которого была сделана из их ткани, а другая – из белого хлопка примерно такой же толщины. Аспирант надел жилет и просидел в 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, сообщил сегодня, 10 июля, журнал Science. Для инфракрасной камеры контраст был хорошо заметен, и Тао говорит, что ученик чувствовал разницу температур.
«Все это интересно», говорит руководитель предыдущей работы, материаловед из Стэнфорда И Цуй, чья лаборатория продолжает работу над тканями, прозрачными для среднего ИК-диапазона. Но он добавляет, что, поскольку технология MIR-излучения до сих пор использовалась на стационарных поверхностях, постоянно обращенных к небу, авторам новой работы также следует измерить, насколько хорошо их ткань охлаждается, когда люди стоят или ходят. Он также задается вопросом, хорошо ли работает ткань, 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 работа говорит о скором прогрессе в области радиационного охлаждения. «У такого подхода есть преимущества, потому что он позволяет использовать более широкий спектр материалов и больше похож на хлопок, что важно для пользователя».
Ма и Тао теперь обращаются к производителям текстиля и компаниям по производству одежды, чтобы попытаться разместить свои ткани на полках магазинов. Они говорят, что ткань, пропитанная наноматериалом, должна добавить всего около 10% к обычным затратам на производство одежды. «Мы можем сделать это с помощью массового производства, 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».
