Белый медведь вдохновил ученых на создание уникальной одежды: теплой и легкой
Согласно исследованию, проведенному учеными из Чжэцзянского университета в Китае, свитер, связанный из волокна, имитирующего мех белого медведя, обеспечивает столько же тепла, как и пуховик, несмотря на то, что пуховик в пять раз толще. Волокно, изготовленное из легкого синтетического аэрогеля, сохраняет свои свойства после растягивания, стирки и окрашивания.
Созданное учеными волокно можно использовать для изготовления легкой и прочной одежды (например, спортивной одежды, военной формы и скафандров), говорит соавтор исследования Вэйвэй Гао.
Исследования показали, что аэрогели являются одними из лучших изоляционных материалов. Их уже используют при строительстве. Но волокна, изготовленные из аэрогелей, слишком хрупкие и ломкие, чтобы их можно было вплетать в пригодный для одежды текстиль. Они теряют свои изоляционные свойства после стирки и во влажной среде. Но новое волокно лишено этих недостатков.
Пористая сердцевина
Исследователи обратились за вдохновением к меху белого медведя. В сердцевине каждой нити этого меха есть десятки крошечных карманов с воздухом, которые препятствуют отводу тепла и согревают медведей в суровых арктических условиях. Эта пористая сердцевина окружена плотной внешней оболочкой — водонепроницаемой, гибкой и прочной.
Гао и ее коллеги использовали метод, известный как прядение замораживанием, чтобы создать нити аэрогеля, имитирующие пористую внутреннюю структуру меха белого медведя. Чтобы воспроизвести внешнюю оболочку, исследователи покрыли аэрогель тонким слоем эластичного термопластичного полиуретана, который часто используется в спортивной одежде и снаряжении.
Аэрогель невозможно растянуть без повреждения более чем на 2%, но композитное волокно, вдохновленное шерстью белого медведя, восстанавливает свою длину после растяжения на 1000% (в десять раз!). Изоляционные свойства волокна сохраняются после того, как его растянули 10 000 раз. Оно не меняло свою структуру или форму, когда его погружали в воду, сушили или красили.
Затем исследователи связали свитер из «медвежьего» волокна и сравнили его теплоизоляционные характеристики с пуховиком, шерстяным свитером и хлопковой рубашкой с длинными рукавами. Команда пригласила добровольца для ношения каждого предмета одежды в комнате, охлажденной до -20 °C, и измерила температуру поверхности четырех предметов одежды, чтобы оценить, насколько хорошо они сохраняют тепло.
Тонкий изолятор
Хотя свитер, вдохновленный белым медведем, был в пять раз тоньше пуховика, он имел лучшую изоляцию из всех предметов протестированной одежды. Средняя температура его поверхности составила 3,5°C, тогда как температура пуховика составила 3,8°C. Это указывает, что пуховик пропускает немного больше тепла, чем свитер. Рубашки из хлопка и шерсти имели гораздо меньшую изоляционную способность: средняя температура поверхности составляла 10,8°C и 7,2°C соответственно. Изоляция свитера из аэрогеля не ухудшилась после нескольких стирок в машине, то есть он достаточно прочный, чтобы его можно было часто надевать.
Шу-Хун Ю, ученый-материаловед из Университета науки и технологий Китая в Хэфэе, говорит, что, хотя исследование представляет собой важный шаг на пути к созданию нового тонкого термобелья. Но одежда из синтетического меха белого медведя еще еще не скоро появится в магазинах. Созданию такого волокна в настоящее время слишком медленное и дорогостоящее, чтобы его можно было масштабировать для массового производства.
Но над этим команда работает, говорит соавтор исследования Хао Бай: «Мы планируем улучшить его масштабируемость». Так что надежда надеть свитер из «белого медведя» вполне может стать реальностью.