Ткань для индивидуального охлаждения с удивительными свойствами

Разработаны теплопроводящие, влагопроницаемые и сверхгидрофобные нановолокнистые мембраны, состоящие из переплетенных волокон полиуретана, фторированного полиуретана и теплопроводящего наполнителя из нитрида бора. Они могут использоваться для индивидуального охлаждения человека, сбора солнечной энергии, опреснения морской воды и терморегулирования электронных устройств

Исследователи из Университета Дунхуа, Шанхай, разработали материал, способный охлаждать тело человека без использования электричества. Ткань отталкивает воду из окружающей среды, позволяя влаге, находящейся на коже, испаряться и тем самым отводить от неё тепло.

Охлаждение только тела человека менее затратно, чем охлаждение всей комнаты или здания. Это послужило мотивом к созданию множества различных материалов, большинство из которых имеют недостатки, связанные с такими параметрами, как низкая охлаждающая способность, большой расход электроэнергии, сложное и трудоемкое изготовление, высокая стоимость.

Появившиеся в последнее время теплопроводные наполнители, такие как нитрид бора BN, используются в комбинации с волокнистыми материалами для создания терморегулирующих текстильных изделий. Однако производственные процессы, применяемые для их изготовления, сложны и требуют много времени, а получаемые материалы не пропускают влагу изнутри и не препятствуют ее проникновению снаружи. Целью появления охлаждающей ткани стал эффективный отвод тепла от тела при достижении воздухопроницаемости, водоотталкивающих свойств и простоты в ее изготовлении.

Был разработан простой и масштабируемый метод создания высокотеплопроводных дышащих сверхгидрофобных нановолоконных мембран для терморегулирующих тканей, применяемых для индивидуального охлаждения человека.

Технология связывает молекулы нитрида бора BN вдоль нановолокон из полиуретана, водоотталкивающего фторированного полиуретана методом электроформования (электропрядения). Получаемые мембраны содержат структуры с высокой концентрацией BN, одновременно оставаясь пористыми, имеющие улучшенную теплопроводность и влагопроницаемость с одной стороны, а с другой -  остаются стойкими к проникновению воды извне из-за удивительной сверхгидрофобности, благодаря усиливающему эффекту, который достигается сочетанием гидрофобной полимерной матрицы и шероховатости поверхности.

Как следствие, полученные мембраны демонстрируют выдающиеся гибридные характеристики активного и пассивного охлаждения со сверхвысокой теплопроводностью в параллельной плоскости 17,9 Вт/(м·К). Теплопроводность в поперечной плоскости составила 0,29 Вт/(м·К). Коэффициент пропускания водяного пара составил 11,6 кг/(м²∙день). Также были отмечены отличные водоотталкивающие свойства материала.

По словам исследователей, мембрана может быть полезна не только для индивидуального охлаждения, но и для сбора солнечной энергии, опреснения морской воды и терморегулирования электронных устройств.

Связанная статья журнала ACS Applied Materials & Interfaces: https://doi.org/10.1021/acsami.0c04486