Учёные из Австралии создали ткань с наноалмазным покрытием, обладающим улучшенными теплоотводящими свойствами по сравнению с традиционными материалами. Для этого наноалмазы были интегрированы в полиуретан и нанесены на внутреннюю сторону ткани, непосредственно контактирующую с телом. Проведённые испытания продемонстрировали, что модифицированный материал охлаждается быстрее, чем необработанные образцы. Однако использование такой ткани может оказаться не самым приятным в плане тактильных ощущений.
В связи с глобальным потеплением эксперты разрабатывают методы повышения качества жизни людей. Одним из таких подходов является улучшение индивидуальной одежды.
Существует два основных подхода к отводу тепла от тела: активный и пассивный. Однако активный метод требует использования массивных электрических приборов, таких как вентиляторы или системы жидкостного охлаждения. Пассивный же предполагает изменение структуры ткани, например, с помощью нанопористого полиэтилена. Однако с такой добавкой связаны другие проблемы: неприятные ощущения на теле и его окрашивание, сложность в изготовлении и ограничения в дизайне.
Австралийские ученые поставили перед собой задачу разработать облегченную и комфортную охлаждающую ткань, использующую наноструктуры с высокой теплопроводностью. В качестве основы для создания материала были выбраны наноалмазы, поскольку ранее они продемонстрировали способность эффективно отводить тепло при использовании на шерстяных тканях. При этом исследователи изменили методику создания композитного материала. Работа об этом опубликована в журнале Polymers for Advanced Technologies.
Для создания материала ученые использовали хлопчатобумажную ткань, состоящую из 100% волокон, поскольку она является экологически безопасной, удобной в носке и биосовместимой. Наноалмазы, размер которых составлял около 190 нанометров, смешивали с полиуретановым раствором, выполняющим роль связующего элемента. Полученный полимер наносили на одну сторону ткани методом электропрядения, что приводило к формированию нановолокнистой структуры. Исследователи отмечают, что данный способ существенно облегчает процесс изготовления материала.
Оценку теплоотдачи проводили с использованием инфракрасной термографии: образцы располагали на пластине, нагретой до 37 °C, и наблюдали за ними в течение минуты. После этого их снимали, позволяли остыть до комнатной температуры, а затем вновь помещали на горячую поверхность, но уже другой стороной.
В ходе исследования было установлено, что температура обратной стороны обработанных образцов оказалась выше, чем у контрольных – 34-34,5 °C против 31,8-33,5 °C. По мнению экспериментаторов, это обусловлено наличием наноалмазного покрытия на этой стороне. Зафиксированная разница температур указывает на то, что ткань быстрее остывает, когда сторона с покрытием соприкасается с кожей.
Подобные результаты были получены и в других исследованиях. Открытую руку человека с температурой 29 °C накрыли двумя образцами ткани. Рука, покрытая контрольным материалом, имела температуру 25,5 °C, а с наноалмазным — 26,9 °C. Исследователи пришли к заключению, что новое покрытие обеспечивает более быстрый отвод тепла в окружающую среду, и само оно охлаждается интенсивнее, чем контрольный образец. Повторные эксперименты, проведенные на солнечном свете, подтвердили эти же результаты.
В ходе исследования оценивалась износостойкость ткани, модифицированной наноалмазами. Обработанный таким образом материал демонстрировал поглощение ультрафиолета на 8-12 % выше среднего значения по сравнению с необработанным контрольным образцом. Воздухопроницаемость ткани с наноалмазным покрытием снизилась, хотя и в незначительной степени, в то время как способность к впитыванию воды оказалась значительно ниже: один из образцов не впитал влагу вовсе, поскольку слой полиуретана сформировал барьер, препятствующий проникновению жидкости через волокна. Высокая устойчивость к ультрафиолетовому излучению, характерная для образцов с наноалмазами, делает их перспективными для использования в качестве УФ-защитных добавок, по мнению авторов исследования. Тем не менее, с точки зрения удобства, использование такой ткани может оказаться затруднительным.
«Несмотря на распространенное заблуждение, наноалмазы существенно отличаются от бриллиантов, используемых в ювелирных изделиях. По словам соавтора исследования Шади Хоушиар, их производство обходится дешевле, чем изготовление оксида графена и других углеродных материалов. При этом, несмотря на схожую структуру углеродной решетки, наноалмазы значительно меньше по размеру. Кроме того, их можно легко получить посредством детонации или из промышленных отходов.