堪比“裸奔”，斯坦福大学开发出更凉爽的新型面料
2016-09-13 佚名 DeepTech深科技
美国斯坦福大学崔屹（Yi Cui）团队开发了一种新型面料，具有比目前所有天然或合成织物更有效的散热特性。这项工作9月2日发表于《科学》（Science）杂志，研究者称这种新型面料若用于服饰加工，炎热天气里即便没有空调，穿着者也会觉得凉爽舒适。所有的物体，包括我们的身体，都在以红外辐射的方式向外界散热。红外是一种肉眼看不见的长波光，夜视镜能够在黑暗中看到人像，正是能捕捉到这种红外辐射。我们都知道，衣
美国斯坦福大学崔屹（Yi Cui）团队开发了一种新型面料，具有比目前所有天然或合成织物更有效的散热特性。这项工作9月2日发表于《科学》（Science）杂志，研究者称这种新型面料若用于服饰加工，炎热天气里即便没有空调，穿着者也会觉得凉爽舒适。
所有的物体，包括我们的身体，都在以红外辐射的方式向外界散热。红外是一种肉眼看不见的长波光，夜视镜能够在黑暗中看到人像，正是能捕捉到这种红外辐射。
我们都知道，衣物之所以保暖是因为将人体辐射的热量限制在身体的周围。所以，穿任何衣物都会限制身体热量的散失。虽然什么也不穿是最佳的散热方式，但我们总不能“裸奔”吧，所以炎炎夏日最佳选择就是散热性好的衣物。
当前市场上也有一些面料宣称可以通过有效增加汗液蒸发来降低体表温度，而新型散热材料可不仅仅如此。新散热材料多加了一条前所未有的散热机制：通过将更多的人体红外辐射散发出去来促进人体散热。
斯坦福大学电子工程学院专门从事光子学研究的范汕洄（Shanhui Fan）教授说：“当我们坐在办公室的时候，人体40%到60%的热量都是以红外辐射的方式发散。但是，目前很少有人研究如何设计纺织物的热辐射透过特性。”
这种新型散热材料类似于我们日常厨房用保鲜膜——聚乙烯塑料。聚乙烯材料有一个重要的特性，即允许红外辐射透过，然而却不透水、不透气，并且是透明的，根本无法用来作为服装材料。斯坦福大学研究人员综合运用了纳米科技、光子学和化学技术来改进聚乙烯材料，赋予其一系列能用于散热织物的特性：允许热辐射透过，透气透水，可见光下不透明。
研究者对这些壁垒各个击破。
自左向右依次为普通织物、纳米孔聚乙烯、普通聚乙烯。图片来源：Science， 2016. 353(6303)： p. 1019-1023.
首先，研究者找到一种常用于电池制造的聚乙烯材料变体，这种材料具有特殊的纳米结构，在可见光不透明并且允许红外辐射透过。接下来，研究者利用无害的化学方法对这些工业聚乙烯材料进行透水性处理，使得水蒸气分子能够通过纳米孔蒸发掉，就像天然纤维一样透气。
至此，改进的材料满足以上的三个条件：允许热辐射透过，透气透水，可见光下不透明。
纳米多孔聚乙烯材料折射可见光并允许红外热辐射穿过。图片来源：美国科学促进会（AAAS）
为了使这种散热材料更像纺织材料，研究人员设计了具有一定强度和厚度的三层面料结构：两层改进聚乙烯，中间由棉网隔开。研究者测试了这种三层散热材料相比于厚度相当的棉质织物的散热特性，对比结果显示：新型降温材料比棉质织物具有更好的散热特性，体感温度能够降低3.6°。
想象一下，有了这种散热材料穿在身上降温，人们可能就不用借助于电扇或者空调，这将节省很多能源。
研究人员称，新型散热材料开辟了被动制冷或加热技术研究的新途径：不利用外部能源，通过调控材料的红外辐射穿透性来达到目的。当然，要让新型散热面料更像服装面料，还需要更多工作，比如添加更多的颜色、纹理等。
或许不久的将来，人们就可以穿上即新潮又凉爽的 “空调衣服”来应对炎炎夏日了。
参考：Hsu，P.-C.， et al.， Radiative human body cooling by nanoporous polyethylene textile.Science， 2016. 353(6303)： p. 1019-1023.
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