Хлопок является одним из наиболее распространенных материалов: он легкий, гигроскопичный и «дышащий», однако у него есть значительный недостаток: при намокании он активно отводит тепло от тела. Это свойство оказывается полезным в жаркую погоду или во время физической активности, но может представлять опасность в сильный мороз.
Китайские исследователи нашли решение данной проблемы: они разработали ультралегкий синтетический волокнистый материал, который по своим характеристикам напоминает хлопковую ткань, но при этом отталкивает воду. Прототип ткани превзошел обычный хлопок как в сохранении тепла на холоде, так и в отведении тепла при комнатной температуре.
«Вдохновившись пушистой структурой хлопка, мы создали новый материал — ультралегкий и гибкий. Он сохраняет тепло лучше, чем хлопок или коммерческие синтетические утеплители на холоде, при этом эффективно предотвращает перегрев при комнатной температуре», — отмечает соавтор разработки Цюань Ши.
Для повышения способности натуральных волокон регулировать тепло в условиях сильного холода, ученые ранее предлагали покрывать их веществами с фазовым переходом. Эти вещества затвердевают и плавятся при изменении температуры воздуха, тем самым удерживая или высвобождая тепло. Однако существующие покрытия с фазовым переходом делают ткани жесткими или просачиваются и пачкают одежду. Поэтому Шихуэй Чжан, Чжихуа Чжан, Ши и их коллеги интегрировали материал с фазовым переходом в синтетические волокна, созданные для имитации мягкой структуры хлопка.
Ученые разработали сеть полимерных волокон, заполненных микроскопическими капсулами углеводорода с фазовым переходом. Материал оказался очень легким, и его можно было формировать в шарики, напоминающие ватные, или создавать из него привычное тканевое полотно.
Для испытаний ученые изготовили образцы нового материала размером примерно 15×50 см. В условиях повышенной влажности и при попадании капель воды образцы не впитывали влагу, в то время как обычный хлопок быстро намокал. При этом синтетическое «полотно» оставалось гибким и прочным даже после многократного сгибания.
Но самое интересное — это то, как новый материал сохраняет тепло. При понижении температуры микрокапсулы затвердевают и выделяют накопленное тепло, а при повышении — плавятся и начинают его поглощать. В экспериментах рука, завернутая в новый материал, при −25 °C оставалась значительно теплее, чем рука в хлопковой ткани такой же толщины. А при комнатной температуре новое волокно немного лучше отводило тепло наружу, чем традиционный хлопок, снижая риск перегрева.