Инженеры создали ткань, которая может одновременно и рассеивать, и удерживать тепло — все зависит от того, какой стороной она ближе к коже. Она может быть использована для создания двусторонней одежды, которая сможет и согреть, и охладить владельца. Статья вышла в журнале Science Advances.
Ученые уже давно работают над созданием текстиля, который бы позволял эффективно контролировать температуру тела. Как правило, один материал решает только одну задачу — он либо сохраняет тепло, либо его рассеивает. В условиях, когда погода резко меняется, например при подъеме в горы, было бы удобно иметь одежду, которая адаптируется под условия окружающей среды и при этом не требует специального источника энергии.
Команда американских ученых из Стэнфордского университета под руководством По-Чунь Ксю (Po-Chun Hsu) создала ткань, которая поможет решить эту проблему. Она состоит из двух сторон — одна предназначена для охлаждения, другая для удержания тепла. В основу материала лег нанопористый полиэтилен c диаметром пор от 50 до 1000 нанометров, который ранее использовался другими учеными при создании одежды с «охлаждающим эффектом». Размер отверстий сопоставим с длиной волны видимого излучения (400–780 нанометров), поэтому свет сильно рассеивается на них и материал становится для него непрозрачным. В то же время тепло человеческого тела соответствует инфракрасному излучению с гораздо большей длиной волны (~9,5 микрометра). Отверстия в нанопористом полиэтилене «незаметны» для него, поэтому материал пропускает большую часть тепла человеческого тела.
Между двумя слоями полиэтилена разной ширины — толщина слоя с «теплой» стороны составляет 24 микрометра, а с холодной — 12 — зажаты углеродный и медный слой. Углерод обладает высоким коэффициентом излучения и хорошо поглощает и отдает тепло, поэтому ученые использовали его для охлаждающей стороны текстиля. Материал пронизан большими порами, и его толщина составляет 9 микрометров, поэтому он позволяет коже дышать. Для согревающей стороны исследователи ученые решили использовать металл из-за его высокой отражательной способности. Они сделали медное напыление, которое обладает низким коэффициентом излучения. Его толщина составила всего 150 нанометров — сканирующая электронная микроскопия показала, что тонкое покрытие не перекрывает нанопоры и пропускает воздух и пар, а значит человек не будет сильно потеть в такой одежде.
Тесты материала на искусственной коже с изначальной температурой 31 градус Цельсия показали, что текстиль обладает хорошей согревающей и охлаждающей способностью. Обычная ткань (процентное соотношение хлопка и полиэстра 60/40) повышает температуру «тела» до 36,9 градусов Цельсия, а новая ткань, повернутая охлаждающей стороной к коже, повышает температуру всего до 33,8 градуса. Когда материал был перевернут обратной стороной, медным напылением наружу, то искусственная кожа разогрелась до 40,3 градуса Цельсия. Исследователи также проверили текстиль в «потном режиме» (искусственная кожа была влажной) — сравнение с обычной тканью показало, что он лучше пропускает пар.
Главное достоинство нового материала — это увеличение зоны теплового комфорта: диапазона температур, в котором человек не будет мерзнуть или потеть. Если материал будет доработан в будущем, то она может быть увеличена с 6,5 до 14,7 градусов Цельсия.
Многие ученые работают над улучшением свойств одежды. В прошлом году инженеры создали материал, который лучше рассеивает тепло человеческого тела по сравнению с натуральными и другими синтетическими материалами. В Австралии разработали ткань для «умной одежды», способной распознавать широкий спектр движений человеческого тела.
Кристина Уласович
Систему можно приспособить для печати практически на любом внутреннем органе
Австралийские инженеры разработали роботизированную систему для эндоскопической хирургии с 3D-биопринтером. Он позволяет печатать тканевые конструкты с живыми клетками непосредственно в месте повреждения органа или ткани. Отчет о работе опубликован в журнале Advanced Science.