Учёные создали фиолетовую ткань, которая отражает до 88 % солнечного света
Международная группа исследователей разработала фиолетовую ткань, способную эффективно отражать солнечное излучение и охлаждаться без использования электричества. В ходе испытаний материал отражал в среднем 87,6 % солнечного излучения и позволял поверхности, имитирующей кожу человека, оставаться до 8 °C прохладнее.
Разработку создали учёные из Чжэнчжоуского университета в Китае совместно с исследователями из Университета Аделаиды в Австралии. По мнению авторов работы, технология может помочь создать цветную одежду, способную эффективно защищать человека от перегрева в жаркую погоду.
Большинство материалов, предназначенных для пассивного охлаждения, имеют белый цвет. Светлые поверхности обладают высоким альбедо и отражают значительную часть падающего солнечного излучения.
С цветными тканями ситуация сложнее. Тёмные и ярко окрашенные материалы обычно поглощают больше солнечной энергии и поэтому сильнее нагреваются. Особенно сложной задачей оказался фиолетовый цвет, поскольку для его получения материал должен поглощать зелёную часть спектра, на которую приходится значительная доля солнечного излучения.
Чтобы решить эту проблему, исследователи создали микроволокна, содержащие фиолетовую металлоорганическую каркасную структуру и наночастицы оксида цинка.
Именно это сочетание позволило одновременно придать ткани фиолетовый цвет и обеспечить необходимые свойства для пассивного охлаждения.
Испытания показали, что материал отражает в среднем 87,6 % поступающего солнечного излучения. Кроме того, ткань эффективно излучает тепло в среднем инфракрасном диапазоне: её коэффициент излучения достиг 96,4 %. Благодаря этому часть накопленного тепла может уходить через атмосферное «окно» в космическое пространство.
Во время испытаний под открытым небом новая ткань оказалась до 4,2 °C холоднее обычного белого хлопка и до 6,2 °C холоднее коммерческой хлопчатобумажной ткани, окрашенной в фиолетовый цвет.
Ещё более заметный эффект был получен в экспериментах с моделью кожи. Поверхность, покрытая новой тканью, днём оставалась до 8 °C холоднее, чем открытая имитация кожи.
Для сравнения, белый хлопок снижал температуру максимум примерно на 4,6 °C, а обычная фиолетовая хлопчатобумажная ткань — лишь примерно на 2,8 °C.
При этом материал не требует электричества или активной системы охлаждения. Его действие основано на сочетании отражения солнечного света и эффективного отвода теплового излучения.
Исследователи также проверили практические свойства ткани. Материал оказался лёгким и гибким, выдерживал значительное растяжение и пропускал водяной пар, что важно для испарения пота.
Одновременно ткань обладает высокой водоотталкивающей способностью.
После 50 циклов стирки охлаждающие свойства материала сохранились. Ткань также показала устойчивость к ультрафиолетовому излучению: после ускоренного УФ-старения, эквивалентного примерно 108 дням эксплуатации на открытом воздухе, её оптические характеристики практически не изменились.
Разработчики считают, что подобные материалы могут найти применение в одежде для людей, которые длительное время работают или занимаются спортом на открытом воздухе.
Главная особенность разработки заключается в том, что эффективное пассивное охлаждение удалось совместить с насыщенным цветом. До сих пор высокая отражающая способность и защита от перегрева чаще всего достигались за счёт использования белых или очень светлых материалов.
Новая технология показывает, что в будущем охлаждающие ткани необязательно должны быть белыми. Если подобные материалы удастся масштабировать для промышленного производства, они могут объединить цвет, комфорт и способность снижать нагрев тела без дополнительных затрат энергии.
Исследование в журнале Small.