Цивилизация
— Светлана, не так часто журнал Science публикует статьи о новых тканях для одежды. Как вы и ваши коллеги решили создавать новый материал, который не греет, а охлаждает?
— Это правда, но и не так много открытий, которые что-то меняют в одежде, было сделано в последнее время. Проблема согревания решается уже несколько тысяч лет, и в этой области, думаю, все давно решено. Гораздо сложнее проблема охлаждения человека без какого-либо внешнего источника. Ведь обычно для этого используют вентилятор или кондиционер — что-то, требующее затрат энергии.
Поэтому мы искали решение, не требующее внешнего источника питания и физической активности.
Материалы, присутствующие сейчас на рынке, работают по другому принципу — увеличивают конвекцию, вытягивают пот и позволяют ему быстрее испариться. Но это работает, если только человек вспотел, а обычный человек хотел бы избежать этой ситуации. Наш материал позволяет сбросить энергию путем теплового излучения. Человеческое тело постоянно излучает в инфракрасном диапазоне, однако, когда на нас одежда, она блокирует это излучение.
— Блокирует насколько?
— Практически полностью. Наши измерения показывают, что прозрачность обычных материалов, хлопка, полиэстера в этом диапазоне составляет менее 1%.
То есть почти все излучение человека возвращается к нему обратно или частично поглощается материалами.
Поэтому мы искали материал, который не поглощает, не отражает и не рассеивает инфракрасные фотоны, а пропускает их насквозь. Обычные материалы задерживают инфракрасное излучение, так как их размер волокон больше длины волны этого излучения, 10 микрон. Наша идея была сделать тонкое волокно, которое пропускало бы инфракрасные фотоны подобно тому, как большие волны в пруду огибают небольшие камни. При этом волокна должны быть толще длины волны видимого света, иначе одежда будет прозрачной и потеряет свой смысл.
— И как был получен такой материал?
— Материал, описанный сегодня в Science, разработан группой ученых из Стенфорда. А наша группа, из MIT, разработала эту идею год назад.
Наша идея была основана на использовании тонких волокон и создании из них материала обычным способом. Группа же из Стенфорда создала материальное подтверждение этой идеи, однако они использовали не волокна, а поры. Они взяли привычный нам полиэтилен и проделали в нем поры тех же размеров, что и волокна, предложенные нами. Они купили уже существующий коммерческий продукт, который, как оказалось, используется в литиевых батарейках в качестве прослойки между двумя электродами. Мы не работаем с ними вместе, однако работаем в одном направлении.
— То есть заново изобретать материал даже не пришлось?
— Да, нашим коллегам повезло, что этот материал уже есть на рынке, но создан совершенно для других целей. Однако чтобы сделать одежду, этого недостаточно. Поэтому ученые пропитали его другим материалом, который позволяет вытягивать пот и улучшать конвекцию. Но материал оставался недостаточно крепким, поэтому были взяты два его слоя, а между ними проложены волокна хлопка. Материал получил достаточную проницаемость для воздуха, крепость на растяжение, высокую водопроницаемость и теперь отвечает характеристикам, предъявляемым к одежде, но это пока не значит, что он комфортабельный.
— А главные испытания — того, как он охлаждает предметы, — проводились?
— Да, это был обычный электрический нагреватель, на который помещали различные материалы, включая их материал. Затем измерялась температура нагревателя при установившемся тепловом балансе, и выяснилось,
что накрытый их материалом нагреватель на два градуса Цельсия холоднее.
С одной стороны, два градуса — по ощущениям немного, с другой стороны, если в офисах люди начнут носить такую одежду, то кондиционеры можно устанавливать на более высокую температуру, а расход энергии может уменьшиться до 40% в зависимости от климата. Это действительно очень важная веха на пути создания нового материала.
— Каковы перспективы его массового производства?
— Дальше этот материал надо тестировать методами, которыми текстильная промышленность испытывает материалы на комфорт и другие параметры. Как правило, долговечность материала проверяется путем прохождения его через сколько-то циклов в стиральной машине, после чего он должен сохранять свои свойства.
Оригинальный пористый полиэтилен стоил порядка $2 за квадратный метр,
однако дополнительные процессы обработки, конечно, могут поднять его цену.
— Глобальная цель — сделать охлаждающую одежду, пригодную для жаркого климата и курорта или комфортную для сидения в офисе?
— И то и другое. Если ограничение и будет, то скорее на курорте, так как любая прозрачная одежда работает в обе стороны. И если человек будет стоять рядом с горячей песчаной дюной, которая сама излучает тепловую энергию, то такая одежда, наоборот, обеспечит перегревание, а не спасет, как обычные материалы. Для офиса это идеальное применение, для улицы тоже, так как солнечный свет, падающий на одежду, будет рассеиваться. Кстати, у некоторых муравьев, живущих в пустыне, уже есть такая одежда —
волосы на спине, диаметр которых больше длины фотонов видимого света, но меньше инфракрасных.
— Расскажите пару слов о себе, как вы стали работать в Массачусетском технологическом университете.
— Я научный сотрудник в MIT, до этого работала в Бостонском университете и других местах. А окончила я Харьковский государственный университет.