Инженеры создали ткань, которая может одновременно и рассеивать, и удерживать тепло — все зависит от того, какой стороной она ближе к коже. Она может быть использована для создания двусторонней одежды, которая сможет и согреть, и охладить владельца. Статья вышла в журнале Science Advances.

Ученые уже давно работают над созданием текстиля, который бы позволял эффективно контролировать температуру тела. Как правило, один материал решает только одну задачу — он либо сохраняет тепло, либо его рассеивает. В условиях, когда погода резко меняется, например при подъеме в горы, было бы удобно иметь одежду, которая адаптируется под условия окружающей среды и при этом не требует специального источника энергии.

Команда американских ученых из Стэнфордского университета под руководством По-Чунь Ксю (Po-Chun Hsu) создала ткань, которая поможет решить эту проблему. Она состоит из двух сторон — одна предназначена для охлаждения, другая для удержания тепла. В основу материала лег нанопористый полиэтилен c диаметром пор от 50 до 1000 нанометров, который ранее использовался другими учеными при создании одежды с «охлаждающим эффектом». Размер отверстий сопоставим с длиной волны видимого излучения (400–780 нанометров), поэтому 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 (~9,5 микрометра). Отверстия в нанопористом полиэтилене «незаметны» для него, поэтому материал пропускает большую часть тепла человеческого тела.

Схематичное объяснение свойств обычной ткани, двойного текстиля в режиме охлаждения, и двойного текстиля в режиме нагрева
Схематичное объяснение свойств обычной ткани, двойного текстиля в режиме охлаждения, и двойного текстиля в режиме нагрева

Между двумя слоями полиэтилена разной ширины — толщина слоя с «теплой» стороны составляет 24 микрометра, а с холодной — 12 — зажаты углеродный и медный слой. 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 ученые решили использовать металл из-за его высокой отражательной способности. Они сделали медное напыление, которое обладает низким коэффициентом излучения. Его толщина составила всего 150 нанометров — сканирующая электронная микроскопия показала, что тонкое покрытие не перекрывает нанопоры и пропускает воздух и пар, а значит человек не будет сильно потеть в такой одежде.

Нанополиэтиленовый слой с углеродной пористой пленкой
Нанополиэтиленовый слой с углеродной пористой пленкой
Нанополиэтиленовый слой с медным напылением
Нанополиэтиленовый слой с медным напылением

Тесты материала на искусственной коже с изначальной температурой 31 градус Цельсия показали, что текстиль обладает хорошей согревающей и охлаждающей способностью. Обычная ткань (процентное соотношение хлопка и полиэстра 60/40) повышает температуру «тела» до 36,9 градусов Цельсия, а новая ткань, повернутая охлаждающей стороной к коже, повышает температуру всего до 33,8 градуса. Когда материал был перевернут обратной стороной, медным напылением наружу, то искусственная кожа разогрелась до 40,3 градуса Цельсия. Исследователи также проверили текстиль в «потном режиме» (искусственная кожа была влажной) — сравнение с обычной тканью показало, что он лучше пропускает пар.

Главное достоинство нового материала — это увеличение зоны теплового комфорта: диапазона температур, в котором человек не будет мерзнуть или потеть. Если материал будет доработан в будущем, то она может быть увеличена с 6,5 до 14,7 градусов Цельсия.