Солнечный обогрев: с новой разработкой ученых вы забудете о холоде

Ученые разработали принципиально новый материал, получивший название "умная" ткань, способный преобразовывать свет в тепло и повышать температуру более чем на 30 градусов Цельсия всего за 10 минут пребывания на солнце.

Этот инновационный материал, отличающийся высокой эффективностью и простотой в использовании, может найти широкое применение в создании одежды для экстремально холодных погодных условий.

Новый материал, описание которого было опубликовано в журнале "Передовые композиты и гибридные материалы", содержит специальные наночастицы, способные поглощать солнечный свет и преобразовывать его в тепловую энергию. Кроме того, в волокна ткани встроены термочувствительные красители, меняющие свой цвет в зависимости от температуры, что позволяет пользователям визуально отслеживать ее колебания.

В течение многих лет ученые работали над созданием носимых обогревателей, способных поддерживать комфортную температуру тела в холодную погоду. Такие ткани могли бы найти применение в производстве альпинистского снаряжения и даже одежды для домашних питомцев. Однако существующие разработки, как правило, основывались на дорогостоящих компонентах, таких как металлические наноматериалы или громоздкие нагревательные элементы, работающие от аккумуляторов.

Для решения этих проблем Юнинг Ли, инженер-химик из Университета Ватерлоо в Канаде, и его научная группа обратились к фототермическим полимерам — материалам, схожим с пластиком, которые эффективно преобразуют свет в тепло.

В состав "умной" ткани входят наночастицы двух полимеров — полианилина (PANI) и полидофамина (PDA), заключенные в матрицу из волокон термопластичного полиуретана (PTU). PTU — широко используемый материал в производстве водонепроницаемой одежды и спортивных изделий. В процессе прядения команда ученых добавила в смесь различные термочувствительные (термохромные) красители, что позволило получить волокна, меняющие свой оттенок при повышении температуры материала.

Эти новые волокна легко интегрируются в ткань, что было продемонстрировано путем создания небольшого свитера для плюшевого медвежонка. Красный свитер нагрелся до впечатляющей температуры 53,5 °C всего за 10 минут пребывания на солнце. При повышении температуры молекулы красного красителя меняли свою химическую структуру, становясь бесцветными.

Ли пояснил, что встроенные наночастицы с высокой эффективностью поглощают солнечный свет в широком диапазоне длин волн. При попадании солнечного света на эти наночастицы они поглощают энергию и выделяют ее в виде тепла в процессе, называемом фототермическим преобразованием.

Согласно результатам исследований, "умная" ткань обладает мягкой и эластичной текстурой, что позволяет ей растягиваться в пять раз по сравнению с исходным размером. При этом материал сохраняет свои свойства изменения цвета и температуры даже после 25 циклов стирки. Ли подчеркнул, что команда разработчиков уделила особое внимание долговечности материала, обеспечив его устойчивость к многократному использованию и воздействию окружающей среды, при этом сохраняя все инновационные свойства.

В настоящее время научная группа работает над подготовкой материала к коммерческому производству. Однако перед началом массового выпуска необходимо провести дополнительные испытания, в том числе оценить безопасность длительного контакта ткани с кожей. Ли сообщил, что дальнейшие исследования будут направлены на снижение производственных затрат, масштабирование производственного процесса и обеспечение безопасности волокон при длительном контакте с кожей.

Уточнения

Наночастица (англ. nanoparticle) — изолированный твёрдофазный объект, имеющий отчётливо выраженную границу с окружающей средой, размеры которого во всех трёх измерениях составляют от 1 до 100 нм.