Инженеры ткут усовершенствованную ткань, которая может охлаждать и согревать пользователя.

11 октября 2022 г.

by Shinshu University

Инженеры по текстилю разработали ткань, сотканную из сверхтонких нанонитей, состоящих из материалов с фазовым переходом и других передовых веществ, которые в совокупности образуют ткань, которая может реагировать на изменение температуры, нагревая и охлаждая своего владельца в зависимости от необходимости. .

Ученые-материаловеды разработали усовершенствованный текстиль с нанонитями, содержащими в своей основе материал с фазовым переходом, который может хранить и выделять большое количество тепла, когда материал меняет фазу с жидкой на твердую. Объединив нити с электротермическими и фототермическими покрытиями, усиливающими эффект, они, по сути, разработали ткань, способную как быстро охладить пользователя, так и согреть 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, катки, сталелитейные горны, пекарни и многие другие рабочие места требуют от рабочих частых переходов между различными, а иногда и экстремальными температурами. Такие регулярные изменения температуры не только неприятны, но и могут стать причиной болезни или даже травмы, а также требуют обременительной постоянной смены одежды. Свитер согреет рабочего в шкафу для холодного мяса, но может перегреть того же рабочего, когда он покинет это место.

Одним из вариантов снятия стресса от жары или холода у таких работников или кого-либо еще, от спортсменов до путешественников, испытывающих такой дискомфорт, является новая технология индивидуального текстиля с терморегулированием. Эти ткани могут напрямую управлять температурой локализованных участков 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 можно включать в текстильный материал различными способами. Когда температура окружающей среды вокруг парафина достигает точки плавления, его физическое состояние меняется с твердого на жидкое, что приводит к поглощению тепла. Затем выделяется тепло, когда температура достигает точки замерзания парафина.

К сожалению, присущая ПКМ жесткость в твердой форме и утечка в жидком виде до сих пор препятствовали их применению в области терморегуляции носимых устройств. Был предпринят ряд различных стратегий, включая микрокапсуляцию (при которой ПКМ, например, парафин, покрывают очень маленькими капсулами), чтобы улучшить «эффективность упаковки» и преодолеть проблемы жесткости и утечки.

«Проблема здесь заключалась в том, что методы производства микрокапсул с фазовым переходом сложны и очень дороги», — сказал Хидеаки Морикава, автор статьи и передовой инженер по текстилю из Института волоконной инженерии Университета Синсю. «Что еще хуже, этот вариант предлагает недостаточную гибкость для любого реально носимого приложения».

Поэтому исследователи обратились к варианту, называемому коаксиальным электроспиннингом. Электропрядение — это метод производства чрезвычайно тонких волокон диаметром порядка нанометров. Когда раствор полимера, содержащийся в объемном резервуаре, обычно в шприце с иглой, подключается к источнику питания высокого напряжения, на поверхности жидкости накапливается электрический заряд.

Вскоре достигается точка, в которой электростатическое отталкивание накопленного заряда превышает поверхностное натяжение, и это приводит к образованию чрезвычайно тонкой струи жидкости. По мере того как струя жидкости высыхает в полете, она удлиняется еще больше за счет того же электростатического отталкивания, которое породило струю, и полученное сверхтонкое волокно затем собирается на барабан.