Ученые создали фиолетовую одежду, которая охлаждает, используя энергию космоса

Фото из открытых источников

Обычно ожидается, что материал более темного цвета будет хуже охлаждать, поскольку он должен поглощать больше света и, следовательно, сильнее нагреваться. Именно поэтому стены и крыши в жарких странах, как правило, красят в светлые тона, и именно поэтому ношение темных джинсов в летний день — верный способ вспотеть.

И все же, благодаря небольшим знаниям в области материаловедения, некоторым достижениям химии, отмеченным Нобелевской премией, и помощи охлаждающей силы космоса, оказывается, можно оставаться в прохладе в любом цвете (правда, пока речь идет о фиолетовом цвете). Статья с описанием этого исследования была опубликована в журнале Small.

Исследователи из Университета Аделаиды в Австралии и Университета Чжэнчжоу в провинции Хэнань, Китай, разработали высокоотражающую ткань, которая, несмотря на свой великолепный насыщенный фиолетовый цвет, обеспечивает еще большую прохладу, чем белая одежда.

«Традиционно нам приходилось выбирать между эффективностью охлаждения и внешним видом», — заявил Джун Ма из Университета Аделаиды. «Наши исследования показывают, что мы можем получить и то, и другое. Мы можем создать ткань, которая выглядит фиолетовой, но в то же время отражает большую часть солнечной энергии и очень эффективно отводит тепло».

Новый материал делает это благодаря явлению, называемому радиационным охлаждением. Исследователи изучают эту концепцию уже некоторое время, и она работает, потому что атмосфера Земли прозрачна для определенных длин волн инфракрасного света в диапазоне от 8 до 13 микрометров.

Если излучать инфракрасный свет в сторону атмосферы, он, вероятно, будет поглощен кислородом, азотом или каким-либо другим атмосферным газом, находящимся там, и затем излучен во всех направлениях. Это удерживает всю тепловую энергию внутри земной системы. 

Однако инфракрасные волны длиной от 8 до 13 микрометров будут проходить сквозь атмосферу и уходить в космос, оставляя Землю далеко позади, что обеспечит максимальную охлаждающую способность.

Это приводит даже к парадоксальной ситуации, когда температура материалов, охлаждаемых излучением, может опускаться ниже температуры окружающей среды. Это происходит потому, что они термически связаны с глубоким космосом, который очень, очень холодный (в среднем примерно на 3 градуса выше абсолютного нуля).

Ожидается, что по мере глобального потепления спрос на технологии охлаждения резко возрастет. Однако системы кондиционирования воздуха с принудительной подачей воздуха потребляют много энергии и являются значительным источником выбросов углекислого газа. Если нам удастся внедрить пассивное радиационное охлаждение, это может стать идеальным решением.

Существует множество препятствий для широкого внедрения этой технологии, и одно из них заключается в том, что такие материалы часто ограничены ярко-белым и серебристым цветом, без возможности добавить другие оттенки. Особенно сложно создать фиолетовый материал для радиационного охлаждения, поскольку фиолетовый цвет обусловлен высоким поглощением зеленого света, который является важной составляющей спектра нашего Солнца.

Для решения этой проблемы исследователи создали ткань, используя микроскопические волокна, легированные фиолетовым материалом, называемым металлоорганическим каркасом (МОК), а также наночастицами оксида цинка.

МОФы — это универсальный тип молекул, в которых атомы металла соединены с молекулами на основе углерода. Их изобретатели получили Нобелевскую премию по химии в 2025 году, и было показано, что они имеют множество интересных вариантов применения, включая пассивный сбор воды из воздуха.

В данном случае речь идет о металлоорганическом каркасе под названием ZIF-67, который работает лучше, чем стандартный фиолетовый краситель, поскольку, несмотря на сильное поглощение в зеленой части видимого спектра, он сохраняет высокую отражательную способность для инфракрасного излучения в этом ключевом окне атмосферной прозрачности. 

Это означает, что это не снижает потенциал радиационного охлаждения материала.

В ходе испытаний под прямыми солнечными лучами в Чжэнчжоу, Китай, квадраты фиолетовой ткани размером 5 на 5 сантиметров оказались на 4,2°C холоднее, чем коммерческий белый хлопок, и на 6,2°C холоднее, чем коммерчески окрашенный фиолетовый хлопок.

Конечно, чтобы материал подходил для использования в качестве одежды, он также должен выдерживать тепло, выделяемое человеческим телом. Когда исследователи измерили температуру «имитированной кожи» (предварительно нагретой до 37°C под тканью, они обнаружили, что она была на 8°C ниже, чем когда она была открыта. Для сравнения, белый хлопок был всего на 4,6°C холоднее, а обычный фиолетовый хлопок — на 2,8°C.

«Для работников, занятых на открытом воздухе, спортсменов и всех, кто подвергается воздействию жаркой погоды, сохранение прохлады — это не просто вопрос комфорта», — заявила Янчжэ Хоу из Аделаидского университета. «Нас интересует разработка тканей, которые могут помочь регулировать температуру тела без дополнительных затрат энергии».

Исследователи сообщают, что их материал представляет особый интерес, поскольку он легкий и гибкий, выдерживает значительное растяжение и пропускает водяной пар, что делает его «дышащим» при ношении.

Частицы цинка также делают поверхность гидрофобной, поэтому она отталкивает воду и сохраняет свои охлаждающие свойства после 50 циклов стирки. Она даже выдержала воздействие УФ-излучения, эквивалентное 108 дням на открытом воздухе.

Тем не менее, в прошлом материалы для радиационного охлаждения с трудом достигали коммерческой жизнеспособности по ряду причин. В обзоре этой области, опубликованном в 2025 году, отмечалось, что вопрос о том, сможет ли концепция выйти за рамки теории и перейти к реальным практическим применениям, остается открытым и во многом зависит от масштабируемости производства.

Тем не менее, уже существуют коммерческие предприятия, использующие радиационное охлаждение для снижения тепловой нагрузки на здания.

МОФы универсальны с точки зрения своих свойств, поэтому исследователи говорят, что их подход можно адаптировать к другим цветам, используя различные МОФы, настроенные на разные оптические свойства. Уже существует несколько других цветных МОФов, включая коричневый HKUST-1(Cu) и голубой MOF-74(Ni), которые можно использовать для этой цели.

Если в ближайшие десятилетия нас ждут ещё более высокие температуры, то, по мнению этого репортёра, как можно скорее стоит заполучить в свои руки одежду с космическим охлаждением.