Как цветната сменяща се кожа на Squid вдъхнови нов материал, който може да улови или освободи топлина

Във видеото, което постави материалите учен и инженер по химикали Алон Городецки по пътя към най-новото си изобретение, октопод се появява от водораслите като скок в филм на ужасите. Съществото се измества от камуфлажното си оцветяване толкова бързо, че изглежда да се материализира от морската вода. Този „забележителен” , има множество потенциални приложения – от топлорегулиращо облекло до енергоспестяващи покрития за покриви. Калмарите имат органи, наречени хроматофори, които могат бързо да се разширяват и свиват, преминавайки от точки на цвят до 14 пъти по-широки за по-малко от секунда. Променящите се размери на техните петна означават, че различните дължини на вълната на светлината могат да бъдат отразени от дадена точка върху кожата на животното в зависимост от това дали мускулите на калмарите са се свили или увеличили хроматофорите. Вместо да погледне видимите светлинни вълни, Городецки и неговият екип се интересуваха да отразяват инфрачервената светлина, която ние чувстваме като топлина. Изследователите са направили материал, който се състои от тънък филм от мед – който много ефективно отразява инфрачервената топлина – върху еластичния, по същество по-малко отразяващ слой от каучук. Медният слой е покрит с косъмни пукнатини, така че когато материалът на термокомфорт се издърпа, отражателните медни парчета се разпадат, позволявайки на топлината да излезе през полимера (каучука) между тях. Городецки има удобна аналогия, за да обясни изобретението на своята лаборатория: „Представете си, че имате замръзнало езеро или замръзнал океан, покрит с ледени късове, всички тези парчета лед, които са сгънати един до друг. Ето как изглежда материалът като цяло в неактивното и ненатоварено състояние. Когато я разтегнете, раздалечете всички ледени късове, така че в нашия случай можете да видите полимера под тях. ”Когато топлината удари полимера между медните„ флоши “, тя се предава през материала, вместо да се отразява. обратно към източника му. Благодарение на медния слой, материалът – „изключително лек, разтеглив каучук“, според думите на Городецки, е лъскав, въпреки че цветът му светва, когато се простира. В най-топлото, термокомфортният материал улавя (или отразява обратно към тялото) топлината почти толкова ефективно, колкото пространственото одеяло, този изпъкващ материал с алуминиево фолио, който се използва за и за поддържане на топлината на тялото на маратонките след състезания , Втулката, изработена от термокомфортен материал, повиши температурата на ръката на ползвателя с почти един градус по Целзий, близо до топлинната мощност на пространственото одеяло. Но терморегулиращият материал също е внушително универсален. При различна степен на разтягане, тя може да направи удобно носещите се хора с разстояние от 8,2 градуса по Целзий (около 15 градуса по Фаренхайт). Когато е 30% опъната, тя прилича на изолационната способност на руно Колумбия Omni-Heat; при 50% разтеглящ фактор материалът запазва топлината като вълна. Когато изследователите разпънаха термокомфортен материал, за да удвоят първоначалната си дължина, топлината преминаваше през нея, сякаш беше памук. И дори след като изследователите разшириха и сключиха контрабандата с материала 1000 пъти, многократната употреба не я изчерпа. Тъй като термокомпонентният материал е тестван с медта като вътрешен слой, докосващ кожата на ползвателя, това означава, че той запазва топлината на потребителя, когато е в компактно състояние, като запазва топлината на тялото си. Но ако обърнете материала, Городецки казва: дръжте топлината навън, като лъскав сенник, поставен на предното стъкло на автомобила. В хартията на Nature Communications инженерите поставят различни приложения, сред които възможността материалът за термокомфорт да играе роля за намаляване на количеството енергия, предназначена за поддържане на умерените помещения, което представлява една трета от потреблението на енергия за търговски и жилищни сгради. Городецки казва, че лабораторията му е най-развълнувана от въздействието на материала върху облеклото. „Ако сте имали яке, което всеки би могъл да носи, и всеки човек може да се приспособи, за да се чувства удобно в по-широк температурен диапазон, тогава просто трябва да сложите далеч по-малко енергия, за да поддържате сградата на една единствена температура“, обяснява той. Екипът е кандидатствал за патент, въпреки че разбирането как да се произвеждат материали за термокомфорт е следващата стъпка, преди тя да намери търговски приложения. „Превръщането на тази специфична [иновация в науката за материалите] директно към дрехите изисква доста повече инженерство,” казва Луси Дън, съдиректор на лабораторията за износващите се технологии на Университета на Минесота, която не е участвала в проучването. „Най-големият въпрос за мен“, казва Дън, е: „Как да стигнете до разтягане?“ Дън пусна няколко опции – от нискотехнологични ремъци, които приспособяват плътността на облеклото към по-футуристичната идея за интегриране то с материали, които са въз основа на топлинни тригери. Друго инженерно предизвикателство, казва Дан, ще бъде да се гарантира, че термокомфортното платно е достатъчно дишащо, за да отговори на очакванията на потребителите за комфорт. Дън вижда материала като потенциално полезен в военното камуфлажно оборудване, което помага да се скрият войниците от инфрачервените сензори. Интересът към терморегулиращата се носна технология изглежда нараства, казва тя. Актуални подходи включват устройства, като , който служи като маншет, който работи на електрически ток през керамични или метални пластини, или собствената си изследвания, включващи в електрически задвижвани , които разпределят топлинна енергия през ръката на ползвателя , Инфрачервени отразяващи материали като космически одеяла или съществуват, но вградената изолационна регулируемост на термокомфортния материал на Городецки го отличава. Следващия път, когато се окажете хладнокръвно и вземете своя „офис пуловер“, просто си помислете: може би един ден ще носите медно яке и всичко, което е необходимо, за да се чувствате удобно, е докосване на бутон или вдигане на ръкава ,
2019-05-17 14:54:58
http://www.smithsonianmag.com/innovation/how-squids-color-changing-skin-inspired-new-material-can-trap-release-heat-180972162/