| pubs.acs.org

Срібні нанонитки збережуть тепло

Якщо ми відчуваємо, що нам холодно, - значить, тіло втрачає тепло швидше, ніж його може призвести наш організм. Тому вночі ми ховаємося під ковдрою, а взимку, щоб не замерзнути, одягаємо теплий одяг. З точки зору фізики шерстяний светр або пуховик не можуть гріти - вони лише теплоизолируют тіло від зовнішнього середовища. В результаті тепло, вироблене організмом, нагріває саму людину, а не навколишнє середовище.

Підраховано, що в середньому тіло людини виробляє 187 Вт тепла, з яких приблизно 24 Вт йде за рахунок конвекції, а решта 163 Вт припадають на теплове випромінювання. Різницю між конвекцією і випромінюванням легко зрозуміти на такому прикладі: коли ми дихаємо теплим повітрям на замерзлі руки, відбувається конвекційний перенесення тепла, а якщо ті ж самі руки простягаємо ближче до палаючого каміну, то в цьому випадку їх гріє інфрачервоне випромінювання. Звичайний одяг добре запобігає конвекціі, але від втрат через випромінювання захищає слабо. А це означає, що навіть у самій теплій куртці ми все одно будемо остивати на морозі.

Такий порядок речей зацікавив дослідників з Стенфорда, які, озброївшись знаннями фізики і нанотехнологіями, взялися створити найтепліший одяг. Основне завдання полягало в тому, щоб зробити матеріал, який міг би ефективно відбивати інфрачервоні промені, що випромінюються людським тілом. Звичайна алюмінієва фольга відмінно впоралася б з таким завданням - вона ефективно відражає теплове випромінювання. Але матеріал, крім того, щоб зберігати тепло, повинен бути прониклевий для вологи - одягу необхідно «дихати». Фізично він повинен затримувати інфрачервоне випромінювання, але в теж час пропускати молекули водяної пари.

Для цих цілей на звичайну тканину було нанесено шар з срібних нанониток. Нитки утворюють сітчасту структуру з розміром пір порядку 200-300нм, що приблизно в 250 разів менше діаметра людського волосся. Довжина хвиль теплового випромінювання людини становить приблизно 9 мкм, тому такі промені повністю відбиваються від наносітки. У той же час, цього діаметра пір достатньо, щоб через них вільно проходили молекули води - їх розмір близько 0,2 нм. Ще одна чудова особливість подібного матеріалу - його провідність для електрики. Якщо по одягу з покриттям зі срібних нанониток пустити струм - то вона буде нагріватися. Для цього зовсім не потрібно підключати светр до розетки, досить використовувати напругу менше одного вольта - абсолютно безпечну для організму.

Скільки ж срібла піде на виготовлення подібного матеріалу і наскільки таке покриття буде міцним? Для виготовлення одного квадратного метра бавовняної тканини з срібним нанопокриттям потрібно близько 0,1 грама срібла, що ніяк не ударожчає цю тканину. Творці матеріалу випробували стійкість своєї розробки. Виявилося, що тканина з срібними нанонитками, не втрачає своїх властивостей після декількох циклів прання. Окрім того, срібло має антибактеріальну дію, що продовжує термін служби тканини.

Зліва зображено ділянку тканини, покритий сітчастою структурою, що складається з нанониток срібла. Такий матеріал відображає теплове випромінювання з довжиною хвилі близько 9 мкм. Крім того, металева провідність сітки дозволяє нагрівати її електричним струмом. Праворуч фотографія руки у видимому (зверху) і інфрачервоному (знизу) спектрі. Синій колір літери S на нижній фотографії показує низький теплове випромінювання від ділянки, на який було нанесено нанопокриття срібла. Hsu, et al. © 2014 American Chemical Society

Чи буде срібна нанотехнологія зігрівати ще кого-небудь, крім дослідників в холодних лабораторіях Стенфордського університету, - покаже час.

Рекомендувати цей матеріал
X




забув пароль

реєстрація

X

X

надіслати мені новий пароль