Исследователи из Стэнфордского университета задумались о том, как согреться в холода и предложили для этого свое оригинальное решение.
Ночью мы укрываемся одеялом, а зимой надеваем теплую одежду. С точки зрения физики шерстяной свитер или пуховик сами по себе не могут согревать – они только лишь теплоизолируют наше тело от внешней среды. В результате тепло, вырабатываемое организмом, нагревает самого человека, а не окружающую среду. Об этом пишет сайт компании, предлагающей женские куртки.
Подсчитано, что в среднем тело человека производит 187 Вт тепла, из которых примерно 24 Вт уходит за счет конвекции, а остальные 163 Вт приходятся на тепловое излучение. Разницу между конвекцией и излучением легко понять на таком примере: когда мы дышим теплым воздухом на замерзшие руки, происходит конвекционный перенос тепла, а если те же самые руки протягиваем поближе к горящему камину, то в этом случае их греет инфракрасное излучение. Обычная одежда хорошо предотвращает конвекцию, но от потерь через излучение защищает слабо. А это значит, что даже в самой теплой куртке мы все равно будем остывать, стоя на морозе.
Такой порядок вещей не устроил исследователей из Стэнфорда, которые, вооружившись знаниями физики и нанотехнологиями, взялись создать самую теплую одежду. Основная задача состояла в том, чтобы сделать материал, который мог бы эффективно отражать инфракрасные лучи, излучаемые человеческим телом. Обычная алюминиевая фольга отлично справилась бы с такой задачей – она эффективно отражает тепловое излучение. Но материал, кроме того, чтобы сохранять тепло, должен быть проницаем для влаги – одежде необходимо «дышать». Физически он должен задерживать инфракрасное излучение, но в тоже время пропускать молекулы водяного пара.
Для этого на обычную ткань был нанесен слой из серебряных нанонитей. Нити образуют сетчатую структуру с размером пор порядка 200-300нм, что примерно в 250 раз меньше диаметра человеческого волоса. Длина волн теплового излучения человека составляет приблизительно 9 мкм, поэтому такие лучи полностью отражаются от наносетки. В то же время, диаметра пор достаточно, чтобы через них свободно проходили молекулы воды – их размер около 0,2 нм. Еще одна замечательная особенность подобного материала – его проводимость для электричества. Если по одежде с покрытием из серебряных нанонитей пустить ток – то она будет нагреваться. Для этого вовсе не нужно подключать свитер к розетке и делать из него подобие электрического стула, достаточно использовать напряжение меньше одного вольта – абсолютно безопасное для организма.
