這件T恤自帶「空調」屬性!中國團隊研究榮登《科學》

炎炎夏日讓人恨不得一天24小時與空調相伴,然而總有出門的時候。悶熱的天氣令人忍不住想,要是我們的衣服能像「隨身空調」一樣有降溫功能就好了。然而,製造保暖的服裝很簡單,要想設計出讓人保持涼爽的服裝卻不容易。近日,在頂級學術期刊《科學》上發表的一項新研究中,來自浙江大學與華中科技大學的科學家設計出一種光學超材料織物。用它製作的衣服雖然看起來只是一件普通的T恤,卻可以散發熱量和反射光線,讓身體溫度降低近5°C

這件T恤自帶「空調」屬性!中國團隊研究榮登《科學》

為了製作抵禦高溫的服裝,時裝設計師常用的方法是使用淺色面料,以反射可見光。另一種方法是反射太陽的電磁輻射,包括紫外線(UV)和近紅外線(NIR)輻射。近紅外線能夠先加熱吸收它的皮膚,並在被發射時,將皮膚緩慢冷卻下來。然而,這種冷卻過程會受到空氣的阻礙,因為發射的近紅外線經常立刻被附近的水分子吸收,從而加熱周圍的空氣,無法達到降溫效果。

為了加快冷卻過程,科學家們試圖從中紅外線輻射(MIR)著手。我們人體的皮膚會自然發射MIR,這是一種波長更長的紅外線,它不會被周圍空氣中的分子吸收,因此能夠有效降溫,這種技術被稱為「輻射冷卻(radiative cooling)」。

在過去的十年里,工程師們已經在利用這種原理來設計屋頂、塑料薄膜、木材和超白塗料等。

這件T恤自帶「空調」屬性!中國團隊研究榮登《科學》

 降溫新型織物的結構示意圖,下方藍色、綠色和紅色分別表示響應UV、NIR和MIR條帶的三級結構

2017年,史丹福大學(Stanford University)崔屹教授的實驗室設計了一種透明的輻射冷卻織物,能夠使穿戴者體表溫度降低約3°C。但為了保證足夠的MIR透射率,這種織物必須非常薄,只有45 μm,其它類似的織物最厚也不超過150 μm,這可能會影響它們的結構韌性與使用持久性。

為了增加織物的厚度,浙江大學的馬耀光博士與華中科技大學陶光明教授領導的團隊設計了一種新型多層復合微纖維織物,厚度約為550 μm,由聚乳酸、合成纖維與二氧化鈦納米顆粒混合製成。這款織物利用化學鍵吸收身體熱能,並將其能量作為MIR重新發射出去。

用這種織物製作的衣服雖然看起來很普通,但從光學角度看,就像一面「鏡子」,除了發射MIR,還可以反射紫外線、可見光和近紅外線,進一步為穿戴者降溫

這件T恤自帶「空調」屬性!中國團隊研究榮登《科學》

降溫新型織物的製造過程

為了測試織物的降溫能力,研究人員組裝了一個貼身的背心,一半是新型織物,一半是普通棉布。

接著,一名研究生穿上這款由兩種織物拼成的背心,在陽光直射下坐了一小時。紅外攝像顯示,他的皮膚溫度在新型織物下的一面比在普通棉布下低了4.8℃,而且他也能感受到兩側溫差。

這件T恤自帶「空調」屬性!中國團隊研究榮登《科學》

 人體試驗表明,相比普通棉布,這款新型織物能夠有效降低人體體表溫度

崔屹教授評論補充道,由於迄今為止,MIR發射技術一直用於朝天的固定表面,因此下一步應該測量當人們站立或行走時,織物的降溫效果。並且因為其降溫原理依賴於與皮膚的緊密接觸,研究人員還可以探索它在寬松穿戴時是否也能發揮作用

這件T恤自帶「空調」屬性!中國團隊研究榮登《科學》

崔屹教授(左)、陶光明教授(中)和馬耀光博士(右)|各大學官網

這款織物除了具有高效的輻射冷卻能力外,還擁有卓越的機械強度、防水性和透氣性,並且它的主要材料可降解,有助於保護環境。它可以大批量製造,而且製作服裝的成本很低,因此有望惠及每個普通民眾

研究人員還希望能開發出用它製作的帳篷、傘、汽車罩等多種防曬降溫用具。比如,使用這種織物製作口罩和防護服,在提供保護的同時,可以讓醫務工作者獲得更好的舒適感。

希望新型織物製作的防曬衣能早日推出,我們就再也不用怕夏日高溫啦!

來源:cnBeta