В видео, на котором ученый-химик и инженер-химик Алон Городецкий идет по пути к своему последнему изобретению, осьминог появляется из водорослей, словно напуганный прыжок в фильме ужасов. Существо смещается со своей камуфляжной окраски так быстро, что кажется материализующимся из морской воды. Это «замечательное» видео, говорит адъюнкт-профессор Калифорнийского университета Ирвин, «действительно изменило траекторию моей карьеры, потому что я начал работать над материалами, вдохновленными головоногими моллюсками». Совсем недавно Городецкий черпал вдохновение в кальмаре, особенно в его цвете. - изменение кожи - для создания нового материала, который может удерживать или выделять регулируемое количество тепла. «Материал Thermocomfort», как его команда описывает в журнале Nature Communications, имеет множество потенциальных применений, от регулирующей тепло одежды до энергосберегающих покрытий для крыш.
У кальмаров есть органы, называемые хроматофорами, которые могут быстро расширяться и сжиматься, переходя от точечных точек к цветным пятнам в 14 раз шире менее чем за секунду. Изменяющиеся размеры их пятен означают, что световые волны различной длины могут отражаться от данной точки на коже животного в зависимости от того, сократились ли мышцы кальмара или увеличились хроматофоры. Вместо того чтобы смотреть на видимые световые волны, Городецкий и его команда были заинтересованы в отражении инфракрасного света, который мы ощущаем как тепло. Исследователи создали материал, состоящий из тонкой медной пленки, которая очень эффективно отражает инфракрасное тепло, поверх эластичного, по существу, менее отражающего слоя резины. Медный слой покрыт волосяными трещинами, поэтому, когда материал термокомпрессора натягивается, отражающие медные кусочки разрываются, позволяя теплу проходить через полимер (каучук) между ними.
У Городецкого есть удобная аналогия, объясняющая изобретение его лаборатории: «Представьте, что у вас есть замерзшее озеро или замерзший океан, и оно покрыто льдинами, все эти куски льда, которые сгруппированы рядом друг с другом. Вот как выглядит материал в основном в неактивном и не растянутом состоянии. Когда вы растягиваете его, вы распределяете все ледяные поля на части, поэтому в нашем случае вы можете видеть полимер под ними ». Когда тепло попадает в полимер между медными« льдинами », оно передается через материал, а не отражается обратно к своему источнику. Благодаря медному слою материал - «очень легкий эластичный каучук», по словам Городецкого, - блестящий, хотя его цвет становится светлее при растяжении.
В самом теплом материал из термокомпрессора удерживает (или отражает обратно к телу) тепло почти так же эффективно, как космическое одеяло, этот извилистый материал, похожий на алюминиевую фольгу, который использовался для отражения солнечных бликов в космосе и поддержания тепла тела марафонцев после гонок., Рукав, изготовленный из материала для комфортного использования, повысил температуру предплечья пользователя почти на один градус Цельсия, что близко к мощности нагрева космического одеяла. Но терморегулирующий материал также впечатляюще универсален. При разных степенях растяжения это может сделать пользователей комфортно в пределах 8, 2-градусного Цельсия (примерно 15-градусного Фаренгейта). Когда он растянут на 30 процентов, он напоминает изолирующую способность флиса Columbia Omni-Heat; при коэффициенте растяжения 50% материал сохраняет тепло как шерсть. Когда исследователи растягивали материал для комфортного использования, чтобы удвоить его первоначальную длину, тепло проходило через него, как будто это был хлопок. И даже после того, как исследователи расширили и сократили материал 1000 раз, повторное использование не изнашивало его.
Поскольку материал для комфортного использования был испытан с медью, когда внутренний слой касался кожи пользователя, это означало, что он сохранял тепло пользователя, когда он находится в своем компактном состоянии, поддерживая тепло тела. Но если вы перевернете материал, говорит Городецкий, это держать тепло, как солнечный козырек на лобовом стекле автомобиля.
В газете Nature Communications инженеры предлагают различные приложения, в том числе возможность того, что материал с термокомпозитом может сыграть роль в снижении количества энергии, выделяемой на поддержание умеренного пространства, что составляет треть энергопотребления в коммерческих и жилых помещениях. здания по всему миру. По словам Городецкого, производство материала должно быть таким же дешевым, как массовое производство космических одеял, стоимость которых в REI составляет менее 4 долларов, а его растяжение требует минимальной энергии по сравнению с затратами на энергию для теплового насоса или системы кондиционирования воздуха. Он представляет себе медный материал, покрывающий крыши и окна, или наложенный на палатки или другое наружное оборудование для контроля теплового потока. Он может быть использован для рассеивания тепла от электроники (например, подумайте о том, как быстро ноутбук может нагреться до неловкости). Городецкий также упоминает о небольших ежедневных применениях, таких как контейнеры Tupperware-esque, для хранения скоропортящихся продуктов в холодном состоянии.
Городецкий говорит, что его лаборатория очень взволнована тем влиянием, которое материал может оказать на одежду. «Если бы у вас был пиджак, который мог носить каждый, и каждый человек мог бы приспособиться к тому, чтобы чувствовать себя комфортно в более широком температурном диапазоне, то вам просто нужно затратить гораздо меньше энергии, чтобы поддерживать здание при одной единственной температуре», - объясняет он.
Команда подала заявку на патент, хотя выяснение того, как массово производить материал для комфортного использования, является следующим шагом, прежде чем он сможет найти коммерческое применение. «Перевод этой специфической [инновации в материаловедении] непосредственно на одежду требует немалых затрат на разработку», - говорит Люси Данн, со-директор лаборатории носимых технологий Университета Миннесоты, которая не участвовала в исследовании. «Самый большой вопрос для меня», - говорит Данн, - «Как заставить его растягиваться?» Данн предложил несколько вариантов: от низкотемпературных ремней, которые регулируют плотность одежды, до более футуристически звучащей идеи интеграции. это с материалами, которые обучены для изменения формы на основе тепловых триггеров. Еще одна инженерная задача, говорит Данн, будет заключаться в том, чтобы ткань из термопластика была достаточно воздухопроницаемой, чтобы соответствовать ожиданиям потребителей в отношении комфорта.
Данн считает материал потенциально полезным в военной камуфляжной технике, помогающей скрыть солдат от инфракрасных датчиков. По ее словам, интерес к терморегулирующим носимым технологиям растет. Современные подходы включают устройства, такие как Embr Wave, который служит браслетом «персонального термостата», который пропускает электрический ток через керамические или металлические пластины, или ее собственное исследование, включающее проводящую нить в электрические манжеты без пальцев, которые распределяют тепло по руке пользователя., Существуют материалы, отражающие инфракрасное излучение, такие как космические одеяла или Omni-Heat от Columbia, но встроенная изоляционная регулируемость термоудобрения Городецкого выделяет его.
В следующий раз, когда вам станет прохладно и выхватите свой «офисный свитер», просто подумайте: может быть, однажды вы наденете медный пиджак, и все, что вам нужно для того, чтобы чувствовать себя комфортно, это прикосновение кнопки или рывка на рукаве,
