Представьте, если бы одна и та же куртка согрела вас в холод, охладила бы в жару и это может стать реальностью. Исследовательская группа из Китая показала, что методы 3D-печати могут дать прочную ткань, которая может это сделать, а также скрывает в себе ещё несколько хитростей. К примеру эта новая ткань не только помогает регулировать температуру, но ещё и проводит электричество, а также может защитить от воздействия радиоволн.
Сочетание этих свойств очень интригует, при этом чтобы лучше понять свойства новой ткани, можно вспомнить Метаморфо — супергероя из комиксов DC. Этот супергерой внезапно может сделать своё тело жидкостью, газом или твёрдым веществом и изменять форму по своему желанию.
Метаморфо, конечно, вымышленный персонаж, но фазовый переход который он использует вполне реален.
К примеру вода проходит фазовый переход, когда она замерзает или испаряется. В каждом случае это одна и та же молекула — только в разных фазах, при этом смена фаз вызвана удалением или добавлением тепла. Представьте, что кубики льда растворяются в стакане воды, при этом лед поглощает тепло воды и таким образом охлаждает её.
Ткань с фазовым переходом работает похожим образом перемещая тепло. Для реализации этого процесса команда исследователей использовала полимер с фазовым переходом внутри ткани, при этом он меняется между кристаллической и некристаллической формой, поглощая или удаляя тепло тела при этом ткань хранит его и выделит это тепло, когда снова пройдет фазовое превращение. Теперь это тепло согреет вас.
Фото: crimea-news.net
Представленная ткань содержит новый набор ингредиентов. При её разработке впервые применялась масштабируемая и контролируемая стратегия 3D-печати. Полимер в новой ткани меняет свою форму при разных температурах в результате фазового перехода. При этом в некристаллической фазе полимерные цепи могут перемещаться, однако при охлаждении полимер снова рекристаллизуется.
Исследователи напечатали свою ткань в 3D, используя «чернила», сделанные из смеси нового полимера и углеродных нанотрубок, что позволило ей проводить электричество, а также ускорить способность ткани перемещать тепло. Исследование при помощи рентгеновской дифракции (инструмент визуализации, который показывает расположение отдельных молекул) показывает, что при охлаждении используемый полимер меняет беспорядочную некристаллическую фазу на упорядоченную кристаллическую, при этом изменение химического состава полимера может позволить ему менять фазы при разных температурах.
Фото: techcult.ru
По словам исследователей, новая ткань хорошо показала себя даже лучше, чем они ожидали, однако по словам специалистов у применения новой ткани для одежды есть определённая проблема, которая состоит в том, что ваша куртка с фазовым переходом конечно поглощает тепло, когда вам становится жарко и отдает его, когда вы остываете но она безусловно не может поглотить всё избыточное тепло. Однако, поглощение даже 10 процентов тепла обеспечит вам некоторый комфорт. При этом если вы прогуляетесь в этой куртке хотя бы 10 минут, то 10 процентов тепла, которое вы выделите за это время, составят около 72 000 Джоулей. Для сравнения, обычная лампочка излучает около 60 Джоулей в секунду. При этом по данным команды, каждый грамм их ткани поглощает 65 Джоулей и после этого полимер перестает накапливать тепло. Таким образом, чтобы поглотить 72 000 джоулей куртка должна содержать 1100 граммов ткани с фазовым переходом, что довольно много, потому модельеры вряд ли заинтересуются такой тканью.
Однако это может оказаться полезным в ситуации, когда человеку необходимо на короткое время избежать нагрева или охлаждения, а затем вернуться в среду, где материал с фазовым переходом «перезарядится», вернув свое теплопоглощающее или теплоотводящее состояние.
Кроме того, принимая во внимание заявление исследователей о защите от радиоволн и электрическую проводимость ткани, можно предположить, что новая ткань может применяться для маскировки. Такой атрибут мог бы добавить привлекательности для военного или оборонного применения. Однако, отмечается, что команда исследователей никогда не проводила параллельного сравнения долговечности ткани с компонентом фазового перехода и без него, а такое сравнение также необходимо.
Таким образом пока материалы с фазовым переходом в повседневной одежде — это больше маркетинговый ход, но для нишевого применения они могут быть интересны.