Материаловеды сделали ткань, греющую сухого человека и охлаждающую потного

Материаловеды из Дьюкского университета разработали материал, способный сохранять тепло человека, когда тот сухой, и открывать вентиляционные отверстия для охлаждения тела в случае выделения пота. После высыхания отверстия снова закрываются.

При этом материал не требует никакого источника энергии и не содержит электроники – всё работает благодаря физике и составу материала. Подобные заплатки можно разместить в стратегических местах одежды для организации эффективного активного охлаждения. Работа «Metalized polyamide heterostructure as a moisture-responsive actuator for multimodal adaptive personal heat management» опубликована в журнале Science Advances.

По-Чунь Хсу, адъюнкт-профессор машиностроения и материаловедения в университете, пояснил, что обычно лыжники или туристы, занимающиеся спортом в холодное время года, одеваются многослойно, регулируя количество тепла, улавливаемое одеждой. Но правильное размещение врезок из материала, способного выпускать лишнее тепло, когда человек потеет, позволит создать универсальную одежду.

Сначала Хсу, пытавшийся разработать материал с нужными свойствами, обратился к нейлону – недорогой, лёгкой и мягкой синтетической ткани. Он уже знал, что небольшие лоскуты нейлона имеют свойство закручиваться при намокании с одной стороны. Однако из нейлона тёплой одежды не сделать, поэтому Хсу добавил слой теплоизолирующей серебряной плёнки– достаточно тонкий, чтобы он не мешал нейлону закручиваться. Однако выяснилось, что с дополнительным слоем лоскуты нейлона стали закручиваться ещё сильнее.

Общая толщина ткани составила около 17 нм. Сверху инженер добавил слой стирол-этилен-бутилен-стиролового полимера, или SEBS, который одновременно защищает ткань и придаёт ей нужную окраску.

Лоскут нейлона с серебряной фольгой закручивается под воздействием влаги

Хсу обратился за помощью к профессору Кейт Бринсон, чтобы понять причины возникновения такого эффекта. Бринсон выяснила, что, как бы это ни было контринтуитивно, добавление относительно тяжёлого слоя к полимеру может заставлять последний закручиваться сильнее. При намокании нейлон расширяется, и если его соединить с серебряной плёнкой, которая не даёт ткани сильно расшириться, та начинает закручиваться.

Для эксперимента инженеры создали отрезок ткани размером с ладонь и лоскутами длиной в несколько миллиметров. По сравнению с обычной тканью из полиэстера со спандексом, новый материал на 16% лучше удерживает тепло в сухом состоянии с закрытыми лоскутами, и на 14% лучше отдаёт тепло при намокании, когда лоскуты открываются. В итоге комфортная тепловая зона ткани увеличивается на 30%.

Хсу говорит, что подобная ткань лучше приспособлена для эффективной вентиляции тела, чем стандартные спортивные куртки с молниями в подмышках. Грудь и спина человека тоже потеют, однако делать там отдельные молнии не имеет смысла.

Сейчас Хсу пытается сделать лоскуты материала минимально возможного размера. Он надеется разработать эффективный метод лазерной резки материала, чтобы спортивная одежда не выглядела, как «карнавальный костюм». Он хочет, чтобы вставки из подобного материала были похожи на обычную современную спортивную одежду.