|
Ткань, которая может охлаждать и согревать владельца
|
|
|
|
Инженеры-текстильщики разработали ткань, сотканную из ультратонких нанонитей, частично состоящих из материалов с фазовым переходом и других передовых веществ, которые объединяются для производства ткани, которая может реагировать на изменение температуры, чтобы нагревать и охлаждать своего владельца в зависимости от потребности. Ученые-материаловеды разработали передовой текстиль с нанонитями, содержащими в своей сердцевине материал с фазовым переходом, который может накапливать и выделять большое количество тепла, когда материал переходит из жидкого состояния в твердое. Сочетая нити с электротермическими и фототермическими покрытиями, усиливающими эффект, они, по сути, разработали ткань, способную как быстро охлаждать владельца, так и согревать его при изменении условий. Статья с описанием технологии изготовления появилась в ACS Nano 10 августа.
|
|
|
|
Многие профессии, от пожарных до сельскохозяйственных рабочих, связаны с суровыми жаркими или холодными условиями. Холодильные склады, ледовые катки, сталелитейные заводы, пекарни и многие другие рабочие места требуют от рабочих частых переходов между различными, а иногда и экстремальными температурами. Такие регулярные перепады температуры не только неудобны, но и могут вызвать заболевание или даже травму, а также требуют обременительной постоянной смены одежды. Свитер согреет работника в холодном мясном шкафу, но может перегреть того же работника, когда он покинет это помещение. Одним из вариантов облегчения теплового или холодового стресса таких работников или кого-либо еще, от спортсменов до путешественников, которые испытывают такой дискомфорт, является новая технология индивидуального терморегулирующего текстиля. Эти ткани могут напрямую управлять температурой локализованных областей вокруг тела.
|
|
|
В таких тканях часто используются материалы с фазовым переходом (PCM), которые могут накапливать, а затем выделять большое количество тепла, когда материал меняет фазу (или состояние вещества, например, из твердого в жидкое). Одним из таких материалов является парафин, который в принципе может быть включен в текстильный материал различными способами. Когда температура окружающей среды вокруг парафина достигает точки плавления, его физическое состояние меняется с твердого на жидкое, что связано с поглощением тепла. Затем выделяется тепло, когда температура достигает точки замерзания парафина.
|
|
|
|
К сожалению, жесткость, присущая ПКМ в их твердом состоянии, и утечка жидкости до сих пор препятствовали их применению в области носимой терморегуляции. Был предпринят ряд различных стратегий, включая микроинкапсуляцию (при которой PCM, такой как парафин, покрывается очень маленькими капсулами) для повышения «эффективности упаковки» для преодоления проблем с жесткостью и утечкой. «Проблема здесь заключается в том, что методы производства микрокапсул с фазовым переходом сложны и очень дороги», — сказал Хидэаки Морикава, автор статьи и передовой инженер по текстилю из Института волоконной инженерии Университета Шиншу. «Что еще хуже, этот вариант предлагает недостаточную гибкость для любого реалистичного носимого приложения».
|
|
|
|
Поэтому исследователи обратились к варианту, называемому коаксиальным электроспиннингом. Электропрядение — это метод производства чрезвычайно тонких волокон диаметром порядка нанометров. Когда полимерный раствор, содержащийся в объемном резервуаре, обычно в шприце с иглой на конце, подключается к источнику питания высокого напряжения, на поверхности жидкости накапливается электрический заряд. Вскоре достигается точка, в которой электростатическое отталкивание от накопленного заряда превышает поверхностное натяжение, что приводит к чрезвычайно тонкой струе жидкости. По мере того, как струя жидкости высыхает в полете, она еще больше удлиняется за счет того же самого электростатического отталкивания, которое породило струю, и полученное сверхтонкое волокно затем собирается на барабане.
|
|
|
|
Коаксиальное электропрядение во многом похоже, но включает два или более полимерных раствора, подаваемых из соседних фильер, что позволяет производить покрытые или полые нановолокна. Эти волокна с сердцевиной и оболочкой имеют структуру, аналогичную коаксиальному кабелю, который можно использовать в стереосистеме, но они намного меньше. В этом случае исследователи инкапсулировали PCM в центре электроспряденного нановолокна, чтобы решить проблему утечки PCM. Вдобавок к этому ультратонкие волокна обеспечивают чрезвычайно благоприятную гибкость, подходящую для человеческой одежды.
|
|
|
|
Чтобы еще больше расширить диапазон рабочих сред, в которых может работать ткань, и повысить точность терморегуляции, исследователи соединили материал PCM с двумя другими персональными технологиями терморегуляции. Сочетание светочувствительных материалов — тех, которые реагируют на присутствие солнечной энергии — с ПКМ потенциально дает возможность еще больше повысить способность ткани накапливать энергию. Кроме того, покрытие композиционного материала полимерами, преобразующими электричество в тепло (электротеплопроводящее покрытие), может компенсировать аналогичное расширение запаса энергии, если рабочий окажется в пасмурных, дождливых условиях или в помещении.
|
|
|
|
Исследователи объединили три варианта — ПКМ, углеродные нанотрубки и полидофаминовые солнечные поглотители, а также электропроводящие полимеры, изготовленные из поли(3,4-этилендиокситиофена): полистиролсульфоната (известного как «PEDOT:PSS») — в единый «тримодовый» терморегулятор. и удобный текстиль. Эта многоядерная и оболочечная структура обеспечивает синергетическое взаимодействие между его различными компонентами и обеспечивает регулирование температуры по требованию, которое может адаптироваться к широкому диапазону изменений температуры окружающей среды. Теперь исследователи стремятся еще больше улучшить свойства фазового перехода ткани и разработать практические приложения для их материала.
|
|
|
|
Источник
|
