Умную ткань научили адаптироваться к повышению температуры тела

Американские и китайские ученые разработали умную ткань, способную адаптироваться к повышению температуры тела человека. При повышении температуры или влажности волокна ткани сжимаются, благодаря чему спектр и излучающая способность ткани в инфракрасном диапазоне приближается к аналогичным характеристикам самого тела и ткань «открывается» для его излучения, рассказывают авторы статьи, опубликованной в Science.

Человек обменивается теплом с окружающей средой с помощью нескольких механизмов. Один из основных механизмов теплообмена — тепловое излучение, которое составляет до 40 процентов от общего объема. Из-за этого многие разработчики тканей для спортсменов пытаются использовать материалы, способствующие отведению тепла от тела с помощью теплового излучения. Однако эти ткани действуют постоянно одним и тем же способом и неспособны адаптироваться к изменению окружающих условий и изменению температуры тела.

Ученые под руководством Юя Хуанга Вана (Yu Huang Wang) из Мэрилендского университета разработали адаптивную ткань, меняющую способность пропускать тепловое излучение и водяной пар, и тем самым помогающую охлаждать тело при интенсивных нагрузках. Каждая нить ткани состоит из множества волокон, каждое из которых состоит из двух сплавленных волокон целлюлозы и триацетата. Особенность такой связки из двух материалов заключается в том, что один из них (триацетат) обладает гидрофобными свойствами, а второй (целлюлоза) проявляет гидрофильные свойства. Благодаря разнице в свойcтвах волокна каждой нити сближаются при повышении влажности.

Еще одну особенность ткани дает покрытие волокон слоем углеродных нанотрубок. Благодаря им при сближении волокон происходит резонансное электромагнитное связывание и излучающая способность волокна увеличивается, а спектр излучения сдвигается в диапазон 5-15 микрометров, что совпадает с максимальными длинами волн теплового излучения от человеческого тела. Кроме того, из-за сближения волокон увеличивается и расстояние между нитями, что способствует охлаждению тела через конвекцию.

Таким образом, ученые получили ткань, которая способствует охлаждению при воздействии высокой температуры и отводу влаги от тела, препятствуя, однако, этому при нормальных условиях. Авторы проверили эффективность ткани, поместив ее в камеру в регулируемой влажностью и измерив пропускающую способность в области инфракрасного излучения. Выяснилось, что повышение влажности до почти 90 процентов приводит к увеличению пропускающей способности на 35,4 процента (около 12 процентов с учетом рассеяния).

В 2015 году специалисты из Массачусетского технологического института и компании New Balance создали «дышащую» одежду, работающую благодаря бактериям. В костюм вшиты вставки со специальными лепестками, содержащими бактерии Bacillus subtilis. При повышении влажности окружающей среды бациллы увеличиваются в размерах, заставляя клапаны на одежде открываться.

Григорий Копиев