PALAVUS TAPAB ⟩ Tuleb pugeda kriidikihi alla ja hakkabki parem

Kriidipõhine kate kinnitub erinevate kaubanduslikult saadavate tekstiilide, sealhulgas puuvilla ja sünteetiliste kiudude külge, et luua jahutavaid kangaid, näiteks töödeldud sünteetilisest materjalist (paremal), mis on heledam kui töötlemata kangas (vasakul). Foto: Evan D. Patamia

Suvises leitsakus võivad kõik, kes veedavad aega õues — olgu selleks sportlased, aednikud, lapsed mänguväljakul või rannas puhkajad — vajada jahedust pakkuvat kangast. Kuigi olemas on tekstiile, mis peegeldavad päikesekiirgust või juhivad soojust kehast eemale, nõuavad praegused lahendused tavaliselt eritellimuslikke kiude või keerulisi tootmisprotsesse. Nüüd on teadlased aga välja töötanud vastupidava kriidipõhise katte, mis jahutab töödeldud kanga all olevat õhku kuni 4,4 °C võrra.

Evan D. Patamia, Massachusettsi Ülikooli Amherstis magistrant, tutvustas oma meeskonna tulemusi Ameerika Keemia Seltsi (ACS) sügiskohtumisel. ACS Fall 2024 on hübriidkohtumine, mis toimus nii virtuaalselt kui ka kohapeal 18.–22. augustini ja hõlmas ligikaudu 10 000 ettekannet erinevatel teadusteemadel.

Trisha L. Andrew, keemik ja materjaliteadlane, kes töötab koos Patamiaga, selgitab: «Juhul, kui inimene astub päikese kätte, hakkab tema keha ja riietus üha enam kuumenema, sest need neelavad päikese ultraviolett- (UV) ja lähi-infrapuna (near-IR) valgust. Lisaks toodab inimese keha soojust, mida võib pidada samuti valguseks.»

Et muuta õues viibimine mugavamaks, on teadlased arendanud tekstiile, mis suudavad üheaegselt peegeldada päikesekiirgust ja vabastada loomulikku kehasoojust — seda protsessi tuntakse kiirgusjahutusena. Mõned materjalid sisaldavad valgustpeegeldavaid sünteetilisi osakesi, nagu titaandioksiid või alumiiniumoksiid, mis on kootud kiududesse. Teised kasutavad orgaanilisi polümeere, nagu polüvinülideenfluoriid, mille tootmisprotsessis kasutatakse perfluoroalküüli- ja polüfluoroalküüliühendeid (PFAS), nn igavesi kemikaale (mis kord loodutena ei kipu ei lagunema ega väljuma ka organismist, kuhu need kord pugenud) et luua valgustpeegeldavaid tekstiile.

Andrew sõnul ei ole nende materjalide tootmise skaleerimine kommertsiaalsetel eesmärkidel jätkusuutlik, mistõttu ta esitas oma uurimisrühmale küsimuse: «Kas me saame arendada tekstiilmaterjalidele katte, mis teeb sama, kasutades looduslikke või keskkonnasõbralikke materjale?»

Varasemalt on Andrew ja tema kolleegid loonud lihtsa tehnika, et kanda vastupidavaid polümeerkatteid kangale, mida nimetatakse gaaside keemilise sadestamise meetodiks (Chemical Vapor Deposition ehk CVD). Meetod ühendab sünteesi ja sadestamise sammu – see hõlmab õhukese polümeerkihi kinnitamist tööstuslikult juba toodetud tekstiilile vähemate sammude ja väiksema keskkonnamõjuga kui teised katted.

Saades inspiratsiooni päikeserohketes piirkondades ajalooliselt kasutatud purustatud lubjakivipõhistest krohvidest, mis aitavad maju jahedana hoida, töötasid Patamia ja Megan K. Yee välja protsessi, mis integreerib kaltsiumkarbonaadi (lubjakivi ja kriidi põhikomponent) ja bioühilduva baariumsulfaadi CVD-ga kantud polümeerile. Kaltsiumkarbonaadi väikesed osakesed on head nähtava ja lähisinfrapuna valguse peegeldajad, samas kui baariumsulfaadi osakesed peegeldavad UV-valgust.

Uurijad katsid väikeseid kanga tükke, kandes neile 5 mikromeetri paksuse polü-2-hüdroksüetüülakrülaadi kihi ja kastes seejärel korduvalt polümeeriga kaetud tükke kaltsiumi- või baariumioonide ja karbonaat- või sulfaatioonide lahustesse.

Iga kastmisega kristallid suurenevad ja muutuvad ühtlasemaks, ning kangas omandab kriidise, mati välimuse. Patamia märgib, et muutes kastmistsüklite arvu, saab osakesi viia ideaalse suurusjaotuseni (1–10 mikromeetrise läbimõõduga), mis sobib nii UV- kui ka lähisinfrapunavalguse peegeldamiseks.

Teadlased testisid töödeldud ja töötlemata kangaste jahutusvõimet õues päikeselisel päeval, kui temperatuur oli üle 32 °C. Nad täheldasid, et töödeldud kanga all olev õhk oli keskpäeval 4,4 °C võrra jahedam kui ümbritsev temperatuur. Veelgi suurem erinevus, maksimaalselt 8,3 °C, ilmnes töödeldud ja töötlemata kangaste vahel, kusjuures viimane soojendas allolevat õhku.

Patamia sõnul on tegemist tõelise jahutava efektiga: «See, mis on proovikanga all, tundub külmem kui varjus.»

Katsetades mineraal-polümeerkatte vastupidavust, simuleeris Yee pesumasina pesuvahendi hõõrdumist ja mõju. Ta avastas, et kate ei hõõrdunud ära ja materjal säilitas oma jahutusvõime.

Andrew lisab: «Siiani on meie protsessid olnud piiratud laboriseadmete suurusega.» Kuid ta osaleb idufirmas, mis skaleerib CVD-protsessi kangaste jaoks, mille laius on umbes 1,5 meetrit ja pikkus 91 meetrit. See ettevõtmine võiks pakkuda võimalust viia Patamia ja Yee uuendused piloottootmisse.

Patamia järeldab: «Meie tehnika teeb ainulaadseks see, et saame seda kasutada peaaegu igal kaubanduslikul kangal, muutes selle millekski, mis aitab inimesi jahedana hoida. Ilma elektrienergiat kasutamata suudame vähendada kuumustunnet, mis võib olla väärtuslik ressurss kohtades, kus inimesed võitlevad äärmusliku kuumusega.»

Allikas: American Chemical Society ja Phys.org