Двусторонняя ткань охладила и согрела имитацию человеческой кожи

Инженеры из Китая разработали двустороннюю ткань для одежды, одна сторона которой (модифицированная наночастицами цинка и меди) поглощает солнечный свет и оказывает согревающий эффект, а другая сторона (покрытая слоем полиметилметакрилата и алюминия) отражает свет и рассеивает тепло. В работе, опубликованной в журнале Nano Letters, исследователи показали возможности ткани согревать и охлаждать имитированную человеческую кожу, а также продемонстрировали способность текстиля вырабатывать электричество. 

В течение одного дня температура на улице может значительно меняться, даже на 25 градусов по Цельсию. Разрабатывается все большее количество высокотехнологичных материалов для уличной одежды, способных эффективно согревать и, наоборот, охлаждать.

В 2017 году американские инженеры создали ткань на основе полиэтилена с углеродным и медным слоем, способную одновременно согревать и охлаждать. Углерод обладает высоким коэффициентом излучения и хорошо поглощает и отдает тепло, поэтому ученые использовали его для охлаждающей стороны текстиля. Для согревающей стороны исследователи решили использовать металл из-за его высокой отражательной способности: они сделали медное напыление, которое обладает низким коэффициентом излучения.

Теперь китайские инженеры во главе с Хао Луо (Hao Luo) из Чжэцзянского университета изготовили текстиль на основе политетрафторэтилена, внешнюю и внутреннюю сторону которого модифицировали разными химическими компонентами. Общая толщина ткани составила около 0,3 миллиметров.

На одну сторону ткани нанесли наночастицы цинка с помощью магнитного напыления в вакууме, а затем погрузили в раствор сульфата меди (II) CuSO₄ для осаждения наночастиц меди. Размеры металлических наночастиц составили от 100 до 550 нанометров, что обеспечивает высокую поглощающую способность солнечного света и низкий коэффициент теплового излучения. Другую сторону ткани ученые покрыли тонким слоем алюминия и слоем ПММА (полиметилметакрилата) — из этого полимера делают, например, оргстекло и контактные линзы. Слой алюминия отражает свет, как зеркало, а пористый полиметилметакрилат позволяет теплу выходить наружу.

Если одежду, в перспективе изготовленную из этого материала, носить стороной c наночастицами наружу, то наночастицы цинка и меди будут поглощать солнечный свет и согревать тело человека. А если надеть одежду наизнанку, то пористое покрытие из ПММА и алюминия будет отражать солнечный свет и помогать теплу от тела рассеиваться.

Инженеры протестировали ткань под естественным солнечным светом, используя силиконовый материал, имитирующий человеческую кожу. Исследователи хотели сравнить свой текстиль с обычной белой и черной хлопковой тканью. Сторона ткани с наночастицами увеличила температуру кожи на 8,1 градус по Цельсию больше, в сравнении с черным хлопком. А другая сторона ткани охладила кожу сильнее, чем белый хлопок, на 6 градусов. Тесты проводились в солнечную погоду в 14:40 дня.

По словам инженеров, ткань проста и недорога в производстве, а воздухопроницаемость у нее такая же, как у хлопка. Пять циклов стирки этой ткани практически не повлияли на ее способность поглощать и отражать солнечный свет.

И в качестве дополнительного бонуса, надев термоэлектрогенератор толщиной 4,3 миллиметра на настоящую человеческую руку, исследователи смогли выработать небольшое количество электричества, используя разницу температур между поверхностью ткани и кожи. Температурная разница и выходное напряжение составили 9,6 градусов по Цельсию и 33 вольта, соответственно (в солнечный день в 11:25).

Одежду будущего разрабатывают не только в Китае. В 2019 году американские инженеры создали умную пижаму, которая отслеживает частоту сердечных сокращений, дыхание и позу спящего человека.

Виктория Барановская