随着世界变得越来越热气候变化,人类将面临的持续挑战之一就是在日益恶化的高温中生存,预计温度升高预计带来日益致命的热浪,甚至渲染世界上有些地方不适合居住。
针对如此严酷的高温,中国科学家开发的一种新材料有可能帮助人体保持凉爽,因为这种织物可以在很大程度上反射光和热。
这个新兴的技术领域被称为个人热管理(PTM),并且在新研究研究人员表示,他们的“超织物”有一天可以帮助佩戴者克服过度的热应激。
“超织物表现出高效的辐射冷却性能,并为 PTM 提供必要的透气性和穿着舒适性,”第一作者、华中科技大学的 Shaoning Zeng 领导的团队说道。在一篇新论文中解释。
(曾等人,《科学》,2021)
上图:超织物背心(右),显示蓝色温度比棉质背心(左)低。
在这种情况下,超织物使用了氧化钛-聚乳酸复合纳米粒子,层压有一层薄薄的聚四氟乙烯(PTFE),并且设计用于强烈反射光,包括可见光(VIS)和中红外(MIR)波长和紫外线 (UV) 范围。
理论上,通过反射这些波长的大部分光,该材料还应该在热量被吸收之前将热量反射走。
研究人员表示:“如此广泛分布的纳米颗粒与 PTFE 纳米珠结合,可在 UV-VIS-NIR [近红外] 波段提供广谱散射和反射率。”在他们的学习中写下。
为了测试超织物在阳光下的冷却潜力,研究人员在中国广州晴朗的天空条件下试验了该材料,测量了该织物的温度,并与面板上的其他常见材料进行了比较。
由此产生的白色超织物的照片。 (曾等人,《科学》,2021)
“在 11:00 至 15:00 之间的峰值太阳辐照度下,超织物的温度比棉、氨纶、雪纺、亚麻、和裸露皮肤模拟器,”研究人员解释说。
在另一项更接近现实条件的测试中,一名志愿者在阳光直射下躺了一个小时,穿着一件特殊的背心,该背心的一半由超织物制成,另一侧是商业棉织物。
(曾等人,《科学》,2021)
上图:脱下衣服后,超织物下方的皮肤(右)显示出比棉织物下方的皮肤(左)明显凉爽。
外部热像仪测得背心两侧的温差为 3.4°C,但织物下方的热传感器显示背心下方的差异更为明显,其中超织物的一半比棉质覆盖物的温度低约 4.8°C边。
在另一项将超织物覆盖在汽车上的实验中,汽车内部温度比没有覆盖物的汽车低约 30°C,比使用商用车覆盖物的汽车内部温度低约 27°C。
虽然超织物确实在冷却人和物体方面显示出巨大的前景,但反射率对于穿着这种织物作为衣服的移动个人的效果如何仍有待观察,因为这里报告的结果仅涉及静止的主体和物体。
目前还不清楚这种材料如何应对染料和颜色,这可能会影响其反射光的能力,但未来的研究和实验有望解决这些未知问题。
从好的方面来说,研究人员表示,这种材料与商业缝纫技术兼容,并且表现出与商业织物相当的机械性能,包括耐用性和防水性。
研究人员表示,该团队估计超织物的生产成本低廉,可能只增加典型服装制造成本约 10%科学新闻。
如果制造合作伙伴加入,研究人员充满希望用超织物制成的产品最快一年内即可上市。
“这些结果显示了在各种复杂场景中商业应用的巨大潜力,例如智能纺织品、遮阳产品、物流运输,”作者在他们的论文中写下。
“通过刺绣、裁剪和缝纫,超织物可以集成到不同场景的各种产品中,例如服装、帐篷、车罩、窗帘和遮阳篷。”
研究结果报告于科学。