„Lustrzana tkanina” z Wuhan uratuje nas od upału?
Chińscy naukowcy z ośrodków w Wuhan stworzyli „metatkaninę”, która obniża temperaturę ciała człowieka. Twórcy mają nadzieję, że pomoże ona przetrwać upały.
- Chiński zespół stworzył nowy rodzaj materiału nazwany roboczo „metatkaniną”.
- Ubrania zrobione z tej tkaniny pozwalają na schłodzenie ciała o około 5°C.
- Badacze odpowiedzialni za ten wynalazek chcieliby wprowadzić go do sprzedaży w ciągu roku.
Łatwo jest stworzyć ubranie, które zapewnia ciepło w niskich temperaturach, ale znacznie ciężej jest wynaleźć odzież pozwalającą nam przetrwać upały. Okazuje się, że grupa chińskich badaczy wpadła na pomysł tkaniny, która wygląda jak zwykły t-shirt, ale pozwala schłodzić temperaturę ciała nawet o 5 stopni Celsjusza. Guangming Tao z Huazhong University of Science and Technology wraz z kolegami opracowali coś, co nazywają „metatkaniną”. Połączyli mikroskopijne włókna tlenku tytanu, teflonu i tworzywa sztucznego zwanego kwasem polimlekowym.
Podczas testów ubrano jednego z doktorantów w kamizelkę, która z jednej strony wykonana była z metatkaniny, a z drugiej z bawełny. Osoba ta siedziała przez godzinę na pełnym słońcu. Okazało się, że temperatura skóry pod nowatorskim materiałem wzrosła tylko o jeden stopień – z 31°C do 32°C. Jednocześnie temperatura pod bawełną skoczyła aż do 37°C. Dla kamery na podczerwień kontrast był wyraźnie widoczny, a sam student mógł wyczuć różnicę temperatur. Guangmin Tao wydaje się być zadowolny z rezultatów swojego wynalazku:
Dzięki kontroli strukturalnej nasza metatkanina osiąga prawie idealną emisyjność średniej podczerwieni, maksymalizując w ten sposób rozpraszanie ciepła.
Inny test polegał na przykryciu całego samochodu metatkaniną, podczas gdy na drugi pojazd nałożono zwykłe nakrycie ze sklepu, a trzeci pozostał bez okrycia. Wszystkie auta pozostawiono na słońcu na dwie godziny. Wyniki okazały się naprawdę obiecujące. Samochód bez okrycia osiągnął zawrotne 60°C, podczas gdy ten ze zwykłym okryciem ze sklepu tylko trzy stopnie mniej. Temperatura w przykrytym metatkaniną pojeździe nie przekroczyła nawet 30°C.
Metatkanina jest najbardziej skuteczna, gdy bezpośrednio przylega do skóry. W przypadku założenia materiału na inne ubranie, większość efektu zostaje utracona. Dzieje się tak, ponieważ mniejsza ilość ciepła pochodzącego z ciała jest przekazywana do tkaniny, a następnie wypuszczana. Naukowcy z Wuhan skupiają się na efektach dla obiektów bezpośrednio przebywających na słońcu. Tao zapewnia jednak, że efekt chłodzenia będzie odczuwalny także w cieniu.
Czy metatkanina pojawi się w sprzedaży?
Twórcy metatkaniny z optymizmem patrzą w przyszłość, licząc także na komercyjny sukces. Zapowiadają, że ubrania z ich materiałem pojawią się w sprzedaży nawet w ciągu najbliższego roku. Okazuje się, że niektóre znane marki odzieżowe są już zainteresowane wynalazkiem Chińczyków, co podkreśla Guangming Tao:
Technologię tę można bezproblemowo połączyć z dojrzałą, nowoczesną produkcją. Metatkaniną interesują się niektóre znane marki odzieżowe. Mamy nadzieję, że nasze produkty będą dostępne za mniej więcej rok.
Według deklaracji twórców, koszulka wykonana z nowatorskiej tkaniny nie będzie wiele droższa od zwykłej, więc każdy będzie mógł się w nią zaopatrzyć. Tao oraz współpracujący z nim Yaoguang Ma szacują, że być może koszt produkcji ubrania wyniesie jedynie 10% więcej niż w przypadku standardowej odzieży. Należy jednak podchodzić do tych szacunków z odpowiednim dystansem.
Jak stworzona została metatkanina?
Słońce emituje promieniowanie elektromagnetyczne. Dzielimy je na podczerwień (IR), promieniowanie ultrafioletowe (UV) oraz światło widzialne. Aby stworzyć materiał, który daje nieco wytchnienia na pełnym słońcu, projektanci mody zazwyczaj używają jasnych kolorów, które odbijają światło widzialne. Inna metoda bazuje na promieniowaniu elektromagnetycznym Słońca. Promieniowanie bliskiej podczerwieni (NIR) ogrzewa obiekty, które je pochłaniają, i powoli schładza, gdy je emitują. Ten proces chłodzenia jest jednak hamowany przez naszą atmosferę. Po wyemitowaniu przez obiekt, NIR jest często pochłaniany przez pobliskie cząsteczki wody, podgrzewając otaczające powietrze.
Badacze często sięgają po promieniowanie średniej podczerwieni (MIR), aby przyspieszyć proces chłodzenia. MIR to rodzaj promieniowania podczerwonego o większych długościach fal. Energia średniej podczerwieni, zamiast być pochłaniana przez cząsteczki w otaczającym powietrzu, trafia bezpośrednio w przestrzeń kosmiczną. Dzięki temu chłodzi zarówno obiekty, jak i ich otoczenie. Technika ta znana jest od dawna jako chłodzenie radiacyjne. Inżynierowie wykorzystywali ją już do tworzenia dachów, ultrabiałych farb, czy chłodzących folii z tworzyw sztucznych.
Ludzka skóra, w przeciwieństwie do ubrań, które nosimy, naturalnie emituje promienie MIR. W roku 2017 naukowcy z Uniwersytetu Stanforda stworzyli tkaninę, która pozwala na schłodzenie ciała noszącej ją osoby o około 3 stopnie Celsjusza. Działo się tak, gdyż materiał ten przepuszczał promienie średniej podczerwieni z ludzkiej skóry. Jednak aby takie ubranie spełniało swoją funkcję, musiało być bardzo cienkie – stanowiło jedną trzecią grubości lnianej koszuli. Pojawiły się więc uzasadnione wątpliwości co do trwałości takiego materiału.
Inżynierowie Yaoguang Ma oraz Guangming Tao chcieli zaprojektować trwalszą i nieco grubszą tkaninę. Stworzyli materiał, który wykorzystuje wiązania chemiczne do pochłaniania ciepła ciała i ponownego emitowania energii w przestrzeń jako MIR. Tkanina ma grubość 550 mikrometrów, czyli jest dziesięciokrotnie grubsza niż ta stworzona w 2017 roku. Składa się z mieszanki włókien syntetycznych, kwasu polimlekowego i rozproszonych nanocząsteczek dwutlenku tytanu - odbija również światło UV, widzialne oraz NIR, dodatkowo chłodząc użytkownika.
Mimo że wygląda jak zwykła koszula, optycznie jest lustrem – mówi Tao.
Pojawiają się także głosy nieco mniej optymistyczne, sugerujące zachowanie większej rezerwy w stosunku do wynalazku. Yi Cui z Uniwersytetu Stanforda twierdzi, że technologia emitująca MIR była do tej pory wykorzystywana na stacjonarnych powierzchniach, które cały czas skierowane są ku niebu. Zalecił więc autorom metatkaniny, aby sprawdzić, jak materiał zachowuje się, gdy ludzie stoją lub chodzą. Zastanawia się także nad właściwościami tworzywa, kiedy ubranie z niego wykonane jest luźno dopasowane i nie dotyka skóry. Podobne obawy posiada Evelyn Wang z Massachusetts Institute of Technology, ale z drugiej strony cieszy ją postęp w dziedzinie chłodzenia radiacyjnego.
