Plastový materiál pomůže bojovat s horkem
Tropické počasí posledních týdnů dalo řadě lidí opravdu „zabrat“. Na obzoru je však možná už pomoc. Tým výzkumníků vytvořil plastovou textilii, která rozptyluje teplo. Nový materiál by tak mohl nalézt využití v oděvech, v nichž by se lidé cítili příjemně chladněji, což by mj. mohlo pomoci snížit potřebu energeticky náročné klimatizace.
Levný textilní materiál na bázi plastu - nanoporézní polyetylenová textilie - by v případě, že by byl integrován do oblečení, mohl ochlazovat lidské tělo mnohem účinněji, než je to možné při použití přírodních nebo syntetických tkanin v oděvech, které nosíme dnes. Nový typ „chladicích“ látek by se tak mohl stát základem pro oděvy, které udržují lidi v chladném klimatu bez klimatizačních zařízení. „Pokud se člověk může ochladit spíše než budova, kde žije nebo pracuje, lze ušetřit energii," říká Yi Cui, docent vědy a inženýrství materiálů ze Stanfordské univerzity a fotonové vědy v laboratoři SLAC National Accelerator Laboratory.
Nositelná osobní klimatizace
Nový materiál umožňuje tělu vypouštět teplo dvěma způsoby, díky čemuž se uživatel může cítit o téměř 3 °C chladnější, než kdyby měl bavlněné oblečení. První spočívá v ochlazení materiálu tím, že propustí vlhkost odpařením, což již běžné tkaniny dělají. Stanfordský materiál však poskytuje i druhý chladicí mechanismus: umožňuje teplu, které tělo vyzařuje jako infračervené záření, projít plastovou textilií. Všechny objekty, včetně našeho těla, odvádějí teplo ve formě infračerveného záření, neviditelnou a neškodnou vlnovou délku světla. Přikrývky nás zahřívají tím, že zachycují infračervené tepelné emise poblíž těla. Toto tepelné záření, které uniká z našich těl, je tím, co nás činí viditelnými ve tmě pomocí systémů pro noční vidění.
„Až 60 % tělesného tepla se rozptýlí jako infračervené záření, když sedíme v kanceláři. Ale doposud se nerealizoval žádný výzkum v oblasti návrhu tepelných radiačních vlastností textilií," řekl profesor elektrotechniky Shanhui Fan, který se specializuje na fotoniku zabývající se studiem viditelného a neviditelného světla.
K vývoji chladicí textilie byla využita nanotechnologie, fotonika a chemie, aby výzkumníci získali polyethylen - čistý, přilnavý plast, nabízející řadu vlastností oděvního materiálu. Materiál tak umožňuje tepelné vyzařování, odvod vzduchu a vodní páry, ale je neprůhledný ve spektru viditelného světla.
Od baterií k oděvnímu průmyslu
Běžný polyetylen, jaký používáme např. v kuchyni, je nepropustný pro vodu a je také průhledný, takže je jako oděv nevhodný, ale stanfordským vědcům se podařilo problémové aspekty postupně vyřešit. Nalezli variantu polyethylenu běžně používaného při výrobě baterií (nanoporézní polyethylen - nanoPE), která má specifickou nanostrukturu, jež je nepropustná pro viditelné světlo kvůli velikosti pórů (50 až 1000 nm), nicméně je propustná pro infračervené záření lidského těla, a umožňuje tak odvádět teplo z těla. To poskytlo základní materiál, neprůhledný byl pro viditelné světlo z důvodu dobrého pocitu, ale tepelně transparentní pro účely energetické účinnosti.
Materiál zpracovali do podoby textilie, která podporuje účinné chlazení při tepelném vyzařování, přičemž má stále dostatečnou propustnost pro vzduch, rychlý odvod vody a mechanickou pevnost pro nositelnost. Vědci průmyslový polyethylen chemicky modifikovali, aby se molekuly vodní páry mohly odpařit přes nanopóry v plastu, a dovolili tak plastu dýchat jako přírodní vlákno. To poskytlo jednovrstvový plátový materiál, který splňoval tři základní kritéria pro chladicí tkaninu. Aby se tento tenký materiál stal více textilním, bylo potřeba vytvořit tři vrstvy: dvě vrstvy zpracovaného polyetylénu oddělené bavlněnou síťovinou pro pevnost a tloušťku. Výsledkem byl produkt simulující teplotu pokožky, která vykazuje teploty o 2,7 až 2 °C nižší, když je pokryta látkou nanoPE, než když je pokrytá bavlnou.
Pro testování chladicího potenciálu tohoto třívrstvého designu v porovnání s bavlněnou tkaninou srovnatelné tloušťky umístili výzkumníci malý vzorek z každého materiálu na povrch o teplotě odpovídající povrchu holé lidské kůže. Pak měřili, jak velké množství tepla každý materiál ukládá. Srovnání ukázalo, že bavlněná tkanina způsobila o 2,7 °C teplejší povrch pokožky oproti chladicí textilii. Podle vědců to v praxi znamená, že osoba oblečená v oděvu využívajícím nový materiál se může cítit méně ochotná zapnout ventilátor nebo klimatizaci.
Profesor Shanhui Fan se domnívá, že tento výzkum otevírá nové možnosti výzkumu pro pasivní chlazení nebo zahřívání věcí, bez použití vnější energie, pomocí ladění materiálů pro rozptylování nebo zachycení infračerveného záření.
389
.gif)
