Фиолетовый текстиль нового поколения, созданный международной командой ученых, способен отражать почти 90 процентов солнечного излучения, обеспечивая охлаждение кожи примерно на шесть градусов по Цельсию, а также обладает водоотталкивающими свойствами. В основе материала лежит металлоорганическая структура, усиленная наночастицами оксида цинка.
Евгения Васильева
Фиолетовая ткань, полученная методом электроформования, разработана для пассивного радиационного охлаждения и контроля температуры тела. Источник: Университет Аделаиды
Это открытие ставит под сомнение не только устоявшуюся эстетику летней одежды, но и саму логику энергопотребления в масштабах городов. Представьте себе мегаполис будущего, где большинство людей одеты в насыщенные, глубокие цвета — от изумрудного до индиго — и при этом не страдают от перегрева.
Снижение температуры кожи даже на несколько градусов означает меньшую нагрузку на системы кондиционирования, меньшее потребление электроэнергии и, как следствие, сокращение выбросов углекислого газа.
Если такая ткань получит массовое распространение, она может стать не просто предметом гардероба, а инструментом городской климатической адаптации, особенно в регионах, где температура стабильно превышает 40 градусов Цельсия.
Новый подход к материалу для экстремально жарких условий
Группа исследователей из Чжэнчжоуского университета (Китай) совместно с коллегами из Университета Аделаиды (Австралия) представила разработку, которая, по их мнению, может изменить подход к созданию одежды для экстремально жарких условий. Ученые утверждают, что их открытие позволяет отказаться от обязательного использования белых тканей для защиты от перегрева.
Во время полевых испытаний этот высокотехнологичный материал показал, что его температура на 11,2 градуса по Фаренгейту (что соответствует 6,2 градуса Цельсия) ниже, чем у традиционного фиолетового хлопка, окрашенного тем же способом. Средний показатель отражения солнечного света составил 87,6 процента. Также ткань эффективно излучает 96,4 процента среднеинфракрасного излучения, что позволяет теплу рассеиваться через атмосферу в космическое пространство.
Джун Ма, профессор материаловедения в Университете Аделаиды и один из авторов работы, отметил, что основной целью было доказать возможность эффективного охлаждения без потери насыщенности цвета. «Раньше мы всегда стояли перед выбором: либо хорошее охлаждение, либо привлекательный внешний вид, — пояснил Ма. — Наша работа демонстрирует, что эти два параметра можно успешно совместить».
Однако за внешней простотой решения скрывается сложная химическая инженерия. Металлоорганический каркас, использованный в волокнах, действует не как обычный краситель, а как избирательный фильтр: он поглощает зеленый свет для создания фиолетового оттенка, но при этом почти не взаимодействует с инфракрасным излучением, которое несет основное тепловое воздействие.
Наночастицы оксида цинка, в свою очередь, работают как микроскопические зеркала, рассеивающие ультрафиолет и отражающие видимый свет. Именно этот симбиоз — органическая структура для цвета и неорганическая для охлаждения — позволяет обойти физическое ограничение, которое ранее казалось непреодолимым.
Крошечные волокна отражают солнечный свет
Причина, по которой большинство пассивно охлаждающих материалов имеют белый цвет, кроется в их высоком альбедо — способности отражать большую часть падающего света. Подобными свойствами обладают снег, песок, бетон и светлые породы камней.
Темные и окрашенные поверхности, напротив, поглощают больше солнечной энергии и нагреваются сильнее. Фиолетовый цвет в этом смысле представляет особую сложность, так как для его получения необходимо поглощать зеленый свет, который находится в одном из самых энергетически мощных участков солнечного спектра.
Чтобы решить эту задачу, исследователи разработали микроскопические волокна, которые содержат фиолетовый металлоорганический каркас и наночастицы оксида цинка. Такая комбинация придала материалу нужный оттенок и одновременно обеспечила оптические характеристики, необходимые для охлаждения.
Тестирование подтвердило высокую эффективность разработки: ткань отражает приблизительно 87,6 процента солнечного излучения и излучает около 96,4 процента среднеинфракрасного излучения. В ходе экспериментов на открытом воздухе под прямыми солнечными лучами она оставалась на 7,6 градуса по Фаренгейту (4,2 по Цельсию) холоднее, чем обычный белый хлопок, и на 11,2 градуса по Фаренгейту (6,2 по Цельсию) холоднее, чем стандартный фиолетовый хлопок с окраской в массе.
Дополнительные эксперименты с имитацией кожи показали еще более заметный эффект. Образец кожи, покрытый новым материалом, был на 14,4 градуса по Фаренгейту (8 по Цельсию) холоднее в дневное время, чем незащищенный аналог. Для сравнения, белый хлопок снижал температуру максимум на 8,3 градуса по Фаренгейту (4,6 по Цельсию), а обычный фиолетовый хлопок — лишь на 5 градусов по Фаренгейту (2,8 по Цельсию).
Устойчивость ткани
Практическая ценность разработки выходит далеко за пределы комфорта пешеходов. Для рабочих на строительных площадках, фермеров в южных регионах, военнослужащих и спасателей, работающих в пустынной местности, каждый градус прохлады имеет критическое значение. Перегрев ведет к снижению концентрации, обезвоживанию и тепловым ударам, которые ежегодно уносят тысячи жизней по всему миру.
Устойчивость оптических свойств материала к 108 дням солнечного излучения и 50 циклам стирки означает, что такая одежда рассчитана на сезоны, а не на одноразовое использование. Это делает её экономически оправданной для ношения в рабочих условиях, где ткань подвергается истиранию, поту и частой дезинфекции.
Созданный текстиль отличается легкостью и гибкостью. Он хорошо переносит значительные деформации при растяжении и пропускает водяной пар, что важно для отвода пота. Кроме того, материал демонстрирует выраженную водоотталкивающую способность.
Важно отметить, что охлаждающие свойства сохранились после пятидесяти циклов стирки. Янчжэ Хоу, аспирантка Школы химической инженерии Университета Аделаиды и соавтор исследования, подчеркнула, что такая устойчивость может быть крайне полезна для людей, которые вынуждены проводить много времени под открытым небом.
«Для тех, кто трудится на улице, для спортсменов и для всех, кто сталкивается с жарой, поддержание прохлады — это не только вопрос комфорта, — заявила Хоу. — Мы стремимся создать материалы, которые помогают регулировать температуру тела без лишних энергозатрат».
Не только белый
Белая одежда исторически доминирует в жарком климате не только из-за физики, но и из-за культурного кода: белый воспринимается как визуально «легкий» и «чистый». Возможность носить темные, насыщенные цвета без тепловых последствий может изменить модные тенденции в странах Ближнего Востока, Южной Азии и Африки.
Это также открывает двери для индивидуального самовыражения — от ярких уличных образов до деловых костюмов, которые больше не будут превращаться в парники при выходе на улицу.
В перспективе технология может быть адаптирована для других цветов спектра — синего, зеленого, красного, если удастся найти подходящие металлоорганические структуры с аналогичной избирательностью. Это превращает разработку в платформенное решение для всей текстильной промышленности.
Охлаждающая одежда перестанет быть нишевым продуктом для экстремалов и станет нормой повседневного гардероба, меняя наше отношение к одежде как к пассивному слою защиты на активный элемент терморегуляции. Будущее, где цвет не противоречит прохладе, уже не выглядит утопией — это просто вопрос масштабирования лабораторного успеха в промышленные объемы.
«В перспективе мы можем полностью отказаться от представления, что охлаждающая одежда обязана быть белой, — добавила Хоу. — Возможности сочетать цвет, комфорт и охлаждение в текстиле нового поколения практически безграничны». Результаты исследования опубликованы в научном журнале Small.
Еще об инновационных материалах с необычными свойствами: мы рассказывали, что композитный трехмерный плащ-невидимка, напечатанный в 3D, скрывает объекты от инфракрасных камер; а бетон из конопли превращает сооружения в невидимку для тепловизоров.
А также наш журнал публиковал статью о том, что специалисты ПНИПУ впервые в стране создали технологию для производства пористого материала для костных имплантатов, который быстро рассасывается и способствует регенерации, посылая знак организму строить ткани в необходимой области.