Создана ткань, способная и согревать, и охлаждать

Создан согревающе-охлаждающий материал для одежды

Новая ткань позволит человеку комфортно чувствовать себя в одежде даже при изменении температуры окружающей среды на 15 градусов.

Учёные изобрели уникальную ткань, одна сторона которой способна удерживать тепло, а другая – наоборот рассеивать. Новый вид текстиля планируется использовать для создания двусторонней одежды, которая могла бы при необходимости не только согревать, но и охлаждать человека.

Специалисты многие десятилетия работают над созданием различных материалов, которые позволяли бы сохранять оптимальную для человеческого тела температуру. Обычно ткань призвана либо согревать, либо охлаждать, но в жизни часто бывает, что в одной и той же одежде в зависимости от условий окружающей среды или собственной активности то холодно, то жарко. Именно для таких случаев и может пригодиться изобретение учёных Стэнфордского университета.

В основу уникального двустороннего материала лег особый полиэтилен c диаметром пор от 50 до 1000 нанометров. Ранее он применялся другими исследователями для создания «охлаждающей» одежды. Величина отверстий здесь сопоставима с длиной волны видимого излучения (400–780 нанометров), поэтому окружающий 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 (около 9,5 микрометра). Отверстия в нанопористом полиэтилене «незаметны» для него, поэтому материал пропускает большую часть тепла человеческого тела.

Толщина слоя с «согревающей» стороны составляет 24 микрометра, а с «охлаждающей» – 12. Между двумя слоями полиэтилена разной ширины зажаты ещё два: углеродный и медный. 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 решили использовать медь из-за её хороших отражательных характеристик. Они сделали медное напыление, обладающее низким коэффициентом излучения. Его толщина составила всего 150 нанометров. Столь тонкое покрытие не закрывает нанопоры и пропускает и воздух, и пар. А это означает, что человек не будет сильно потеть в такой одежде.

Тесты материала с применением искусственной кожи убедительно продемонстрировали, что текстиль обладает хорошей согревающей и охлаждающей способностью. Среднестатистическая обыкновенная ткань (60% хлопка и 40% полиэстера) повышает температуру «тела» с 31 до 36,9 градусов Цельсия, а новая ткань такой же толщины, повернутая охлаждающей стороной к коже, повышает температуру всего до 33,8 градуса. Когда материал был применён другой стороной, медным напылением наружу, то искусственная кожа разогрелась с 31 до 40,3 градуса Цельсия. Исследователи также проверили ткань в условиях повышенного потоотделения. Оказалось, что пар она также пропускает лучше обыкновенных тканей.

Основное новаторство изобретённого материала состоит в увеличении зоны теплового комфорта человека. На данный момент диапазон температур, при которых человек не мерзнет и не потеет составляет 6,5 градусов. Новая ткань позволит увеличить его более чем вдвое – до 14,7 градусов.

© Хорошие новости и добрые истории

Новая чувствительная ткань охладит тело в жару и согреет в холод

Новая ткань мгновенно “переключает настройки”, поэтому человек даже не успеет почувствовать дискомфорт в жарких или прохладных условиях.

Концепция “умной” одежды давно привлекает учёных. Они создают ткани с множеством датчиков, которые могут заменить гаджеты или медицинские приборы.

Но есть ещё одна функция, которой, по мнению исследователей, непременно должна обладать одежда будущего. Это способность согревать или охлаждать тело человека по мере необходимости.

У инженеров и дизайнеров много идей. Одни команды работают над двухсторонней одеждой, одна сторона которой может согревать тело, а другая охлаждать. Другие уверены, что будущее за роботизированной тканью, которая использует алгоритмы искусственного интеллекта, чтобы оценить температуру тела человека и при необходимости обеспечить вентиляцию.

Новое оригинальное решение представили исследователи из Мэрилендского университета в Колледж-Парке. Они создали материал, который регулирует теплоизоляцию, переключаясь между охлаждающим и согревающим режимами.

Как известно, человеческое тело поглощает и испускает инфракрасное излучение, и это один из основных механизмов нашего теплообмена. При этом длины волн зависят от температуры тела: чем она выше, тем меньше длина волны и выше интенсивность излучения.

Новая ткань изменяет “настройки” на основе двух показателей: характеристик теплового излучения, а также уровня влажности, то есть потоотделения.

Для создания волокон, из которых состоят нити ткани, использовались два синтетических материала. Один из них поглощает воду, второй отталкивает её. Сверху нити покрыли слоем углеродных нанотрубок.

Когда часть волокон поглощает влагу, они деформируются. При этом волокна каждой нити сближаются. Охлаждающий эффект достигается за счёт сразу двух изменений.

Во-первых, толщина нити уменьшается, а поры между нитями, соответственно, расширяются, и наружу выпускается больше тепла.

Во-вторых, система из углеродных нанотрубок, которыми покрыты нити, действует как антенна, излучающая инфракрасные волны. При сближении волокон характеристики этой антенны меняются. В результате на целых 35% повышается её излучающая способность. Таким образом, ткань отводит больше тепла от тела человека.

Отмечается, что материал реагирует на изменения потоотделения мгновенно, поэтому человек даже не успеет почувствовать, что ему жарко: ткань уже успеет создать охлаждающий эффект.

В более прохладных условиях, когда человек не потеет, а уровень теплового излучения от его тела снижается, волокна расширяются, уменьшая зазоры. Таким образом материал предотвращает “утечку” тепла.

“Известны текстильные изделия, которые увеличивают пористость в ответ на потоотделение или повышение температуры. Тем не менее никто до этого не нашёл способа “переключения” [характеристик], чтобы обеспечить повышенный комфорт в ответ на [изменение] условий окружающей среды”, – прокомментировал разработку профессор Рэй Боумэн (Ray Baughman) из Техасского университета в Далласе, не принимавший участия в исследовании.

Авторы подчёркивают ещё одну важную деталь: материалы для создания чувствительной ткани широко доступны. Покрытие из углеродных нанотрубок также не является дефицитом и легко наносится во время обычного процесса окрашивания ткани. Это означает, что производство одежды из инновационного материала будет относительно простым и недорогим.

Подробнее об этой разработке рассказывается в статье, опубликованной в журнале Science.

Одежда из двусторонней ткани согреет и охладит

Производители уже давно создают верхнюю одежду с использованием высоких технологий. Для гарантированной защиты от дождя сложным образом комбинируют специально созданные для этого материалы. Когда человек потеет, дышащие вещи отводят влагу наружу. Для этого в текстильных слоях используется особая наноструктура. Всё это хорошо, но не позволяет регулировать температуру внутри. Греет такая куртка неплохо, но если станет слишком жарко, останется только снять её. Команде из Университета Стэнфорда удалось создать многофункциональную функциональную материю. Она способна как охлаждать, так и согревать тело носителя в зависимости от его желания.

Секрет разработки кроется в сочетании материалов. В ткань входят различные слои толстого полиэтилена. Его пронизали нанопорами и сделали чувствительным к излучениям разных диапазонов: среднего инфракрасного, а также исходящего от человеческой кожи теплового. Есть у материала и ещё один слой. На него изнутри нанесёно углеродное пористое покрытие, коэффициент излучения этого материала довольно высок. Он способен не только поглощать тепло в больших количествах, но и восстанавливать его достаточно эффективно.

С другой стороны ткани напылён очень тонкий слой меди, коэффициент его излучения низок. Он поглощает и отдаёт совсем немного тепла. Но, как демонстрируют электронные микроснимки, данное покрытие из меди в достаточной мере тонкое для пропуска пара с воздухом. Так приятная прохлада доходит до кожи. Из меди с углеродом внутри образуется особый двойной слой. С близостью к человеческой коже данных веществ связан подбор толщины нанополиэтиленовой прослойки. Чтобы охлаждать тело – к нему ближе должен оказаться слой потоньше, чтобы согревать – потолще.

Очень важно, что данная материя увеличивает зону температурного комфорта. Расширяется диапазон «градусов», при которых владелец чудо-одежды не замёрзнет и не вспотеет. Подобные двусторонние вещи компенсируют температурные колебания, не затрачивая дополнительно никакой энергии.

Применять двуслойную материю можно не только при пошиве одежды. С её помощью можно защитить от капризов окружающей среды чувствительную электронику. Двуслойная ткань будет меняться так, что его буферный эффект будет увеличиваться с 6.5 до 14.7 градусов Цельсия.

Ученые создают терморегулирующую ткань

Ученым удалось создать умный текстильный материал, который согреет в холода и охладит в жаркий день.

Исследователи из Университета Мэриленда (UMD) изобрели умный материал, способный согревать человека, когда ему холодно, и охлаждать его, когда ему жарко. Текстиль изготовлен из обычных полимерных волокон, которые покрыты углеродными нанотрубками, что делает его чувствительными к изменениям температуры тела.

Умный текстиль

В теплых и влажных условиях, когда тело потеет в жаркий день, материал сжимается, позволяя большему количеству инфракрасного излучения выходить из организма. Когда становится прохладно и сухо, материал расширяется, задерживая то же тепло.

Эффект будет почти мгновенным, ткань активируется задолго до того, как человек заметит какой-либо физический дискомфорт.

«Человеческое тело – идеальный излучатель. Он быстро отдает тепло», – говорит исследователь Мин Оуян, профессор физики UMD и соавтор статьи. «На протяжении всей истории единственным способом регулирования температуры было снятие одежды или ее надевание. Но эта ткань является настоящим двунаправленным регулятором».

Наиболее очевидным применением этого материала будет спортивная одежда, но исследователи видят более широкие возможности для его использования в одежде и постельном белье.

«Я думаю, что очень интересно иметь возможность применить это явление к разработке текстиля, способного улучшить функциональность одежды», – сказал Оуян.

Ткань представляет собой новый тип активного или умного материала – класса материалов, которые изменяют свой цвет, жесткость или другое свойства. В этом случае материал меняет форму.

Исследователи из Массачусетского технологического института достигли аналогичного эффекта несколько лет назад с материалом, который они назвали BioLogic , который использовал силу определенных бактерий.

В отличие от BioLogic, в материале UMD используется легкодоступное и простое волокно, которое, по их словам, может быть легко добавлено в процессе окрашивания. Также используется электромагнитная обработка углеродного покрытия для усиления эффекта. опубликовано econet.ru

Если у вас возникли вопросы по этой теме, задайте их специалистам и читателям нашего проекта здесь.

Понравилась статья? Напишите свое мнение в комментариях.
Подпишитесь на наш ФБ:

Источники:
http://nauka.vesti.ru/article/1164369
http://pikabu.ru/story/odezhda_iz_dvustoronney_tkani_sogreet_i_okhladit_5484626
http://econet.ru/articles/uchenye-sozdayut-termoreguliruyuschuyu-tkan
http://novate.ru/blogs/101217/44006/

Ссылка на основную публикацию