Ученые в США создали охлаждающую ткань за счет покрытия на основе мела
Прочное покрытие на основе мела, охлаждающее воздух под обработанной тканью на 8 °F (4,4 °C), создали ученые Массачусетского университета в Амхерсте, 22 августа сообщает отдел новостей Американского химического общества (ACS).
Сообщение об охлаждающем покрытии для ткани, предназначенной для пошива одежды, было сделано Эваном Д. Патамия, аспирантом Массачусетского университета в Амхерсте, на осеннем собрании Американского химического общества (ACS), проходившем 18—22 августа.
Охлаждающая ткань в разгар летней жары пригодилась бы всем, кто проводит время на улице, например, спортсменам, ландшафтным дизайнерам, детям в парке или любителям пляжного отдыха.
Триша Л. Эндрю, химик и материаловед, работающая вместе с Патамия, поясняет: «Если вы выходите на солнечный свет, вам становится всё жарче, потому что ваше тело и одежда поглощают ультрафиолетовое излучение и излучение в ближней инфракрасной области спектра. И пока вы живы, ваше тело вырабатывает тепло, которое тоже можно рассматривать как свет».
В настоящее время существуют ткани, отражающие солнечные лучи или отводящие тепло от тела, но они требуют использования высококачественных волокон или сложных производственных процессов.
Так в волокна некоторых подобных материалов вводят светопреломляющие синтетические частицы, например, диоксид титана или оксид алюминия. Другие компании для этих целей используют органические полимеры, такие как поливинилидендифторид.
Однако, считает Эндрю, масштабирование производства этих материалов для коммерциализации нецелесообразно. Ранее Эндрю и ее коллеги разработали простую технологию нанесения прочных полимерных покрытий на ткани методом химического осаждения из паровой фазы (CVD).
Их технология объединяет синтез покрытия и его нанесение на ткань в один этап. Она позволяет снизить воздействие на окружающую среду по сравнению с другими способами нанесения покрытий.
Вдохновленные действием штукатурки на основе измельченного известняка, которая традиционно использовалась для сохранения прохлады в домах в очень солнечных местах, Патамия с коллегами разработали инновационный процесс для добавления карбоната кальция (основного компонента известняка и мела) и биосовместимого сульфата бария в полимер, наносимый на ткань методом CVD.
Мелкие частицы карбоната кальция хорошо отражают видимый и ближний ИК-диапазон длин волн, а частицы сульфата бария отражают ультрафиолетовое излучение.
Для экспериментальной проверки теплозащитных свойств нового покрытия исследователи нанесли на небольшие квадраты ткани слой поли (2-гидроксиэтилакрилата) толщиной 5 мкм и несколько раз погрузили обработанные полимером квадраты в растворы, содержащие ионы кальция или бария, а также растворы, содержащие карбонат- или сульфат-ионы.
С каждым погружением кристаллы становились крупнее и однороднее, а ткань приобретала матовый оттенок. Патамия сообщил, что изменяя количество циклов погружения, можно добиться идеального распределения частиц по размерам (от 1 до 10 мкм в диаметре) для отражения как ультрафиолетового, так и ближнего инфракрасного излучения.
Охлаждающую способность обработанных и необработанных тканей исследователи проверили на улице в солнечный день, когда температура превышала 90 °F (32,2 °C). Они наблюдали, как температура воздуха под обработанной тканью была на 8 °F (4,4 °C) ниже, чем температура окружающей среды в середине дня.
Разница между обработанной и необработанной тканью была еще больше — максимально 15 °F (8,3 °C), что привело к нагреву воздуха под необработанным образцом.
В качестве окончательной оценки минерально-полимерного покрытия исследователи смоделировали воздействие на покрытие трения и стирального порошка в стиральной машине. Было установлено, что покрытие не стирается, а материал сохраняет свою охлаждающую способность.
Триша Л. Эндрю работает в компании, разрабатывающей технологию CVD для рулонов ткани шириной около 5 футов (1,52 метра) и длиной 100 ярдов (91,44 метра). Она считает, что их предприятие поможет внедрить это изобретение в опытно-промышленное производство.
«Уникальность нашей технологии заключается в том, что мы можем использовать ее практически на любой имеющейся в продаже ткани и превратить в нечто, способное сохранять прохладу, — заключил свое сообщение Патамия. — Без каких-либо затрат энергии мы можем снизить температуру тела человека, что может стать ценным свойством для тех, кто пытается сохранять прохладу в условиях экстремальной жары».
