Z roku na rok dni z ponadprzeciętnie wysokimi temperaturami będzie przybywać, a w 2100 roku lato może trwać nawet pół roku – szacują naukowcy. Szanse na zatrzymanie globalnego ocieplenia są niewielkie, a bezczynność światowych rządów w tej sprawie nie napawa optymizmem. Nic dziwnego, że naukowcy zaczęli szukać bardziej bezpośrednich rozwiązań, które pozwolą ludziom przetrwać wyjątkowo upalne miesiące.

Inżynierowie z Uniwersytetu Zhejiang i Uniwersytetu Nauki i Technologii w Huazhong w Chinach opracowali specjalną „chłodzącą” tkaninę. Jest wykonana z mieszanki polilaktydu (w pełni biodegradowalnego polimeru), włókien syntetycznych i nanocząsteczek dwutlenku tytanu. – Mimo że wygląda jak zwykła koszulka, optycznie jest lustrem – mówi Tao Guangming, jeden z autorów badań.

Ludzki organizm potrafi sam się schładzać

Ludzka skóra, w przeciwieństwie do wielu ubrań, które nosimy, naturalnie emituje MIR, czyli rodzaj promieniowania podczerwonego o średniej długości fali. Ten rodzaj promieniowania jest powiązany z tzw. chłodzeniem radiacyjnym – zjawiskiem polegającym na obniżaniu temperatury danego ciała poniżej temperatury otaczającego powietrza, na skutek intensywnego wypromieniowania ciepła w postaci podczerwieni.

Chłodzenie radiacyjne w ostatnich latach jest coraz częściej wykorzystywane w projektowaniu chłodzących tworzyw sztucznych i ultra-białych farb. W przyszłości budynki pokryte tymi materiałami nie będą potrzebować wewnętrznych systemów klimatyzacji, a to pozwoli nie tylko zachować komfort pracy czy mieszkania, ale też oszczędzić energię elektryczną wcześniej zużywaną do zasilania klimatyzatorów.

Skóra pod tkaniną chłodniejsza o 5 st. C

Jako pierwsi na pomysł wykorzystania chłodzenia radiacyjnego w produkcji odzieży wpadli naukowcy z Uniwersytetu Stanforda. W 2017 r. zaprojektowali tkaninę, która pozwala na bezpośrednie przejście przez nią MIR z ludzkiego ciała, co pozwoliło schłodzić użytkownika o około 3 st. C. Aby jednak zachować swoją funkcję i możliwość przepływu MIR z ciała na zewnątrz, tkanina musiała być bardzo cienka. Jej grubość wynosiła jedyne 45 mikrometrów, co poddało w wątpliwość jej trwałość.

Aby zaprojektować grubszą tkaninę, inżynierowie Ma Yaoguang i Tao Guangming przyjęli nieco inne podejście. Zamiast przepuszczać przez materiał promieniowanie MIR emitowane przez ludzką skórę, wraz z zespołem zaprojektowali tkaninę, która wykorzystuje wiązania chemiczne do pochłaniania ciepła z ciała człowieka i ponownego emitowania energii w przestrzeń w postaci MIR. Dzięki temu tkanina ma grubość 550 mikrometrów i jest w stanie nie tylko odbijać promieniowanie UV, lecz także chłodzić użytkownika.

Aby przetestować funkcjonalność swojego wynalazku, chińscy naukowcy uszyli dopasowaną do ciała kamizelkę, której jedna połowa została wykonana z ich tkaniny, a druga z białej bawełny o podobnej grubości. Kamizelkę założył jeden z doktorantów współpracujących przy projekcie, a następnie usiadł w mocno nasłonecznionym miejscu.

Po godzinie takiego „leżakowania” naukowcy zmierzyli temperaturę skóry mężczyzny. Pomiary pokazały, że skóra chroniona przez nową tkaninę była o prawie 5 st. C chłodniejsza, niż strona odziana w bawełnę. Sam uczestnik eksperymentu przyznał, że odczuwał sporą różnicę.

Nowy materiał (po prawej) znacznie zmniejsza ciepłotę ciała w porównaniu ze zwykłą bawełną (po lewej), jak widać na tym zdjęciu w podczerwieni. / (S. ZHENG, ET. AL., Science 2021)

Materiał może trafić do sklepów na całym świecie

Naukowcy ze Stanford zwracają uwagę, że materiał stworzony przez chińskich inżynierów powinien zostać też przetestowany w ruchu (gdy promienie słońca padają na niego pod innym kątem) oraz z użyciem luźniejszego kroju, ponieważ funkcja chłodząca opiera się na bliskim kontakcie tkaniny ze skórą.

Ma i Tao starają się teraz, aby ich materiał trafił na sklepowe półki na całym świecie. Twierdzą, że tkanina nasycona nanomateriałami zwiększy koszty produkcji zaledwie o 10 proc. w porównaniu ze standardową odzieżą.

 

Źródło: Science.