崔屹Nat.Commun.：保溫利器-具有納米孔洞的金屬化聚乙烯織物

[引言]

能源消耗是目前人們面臨的一個重要難題，其中，居室溫度調節所消耗的能量是總體能源消耗中的重要組成。與升高整個房間溫度相比，若能實現人體局域的溫度的調節，那麼無疑會大大降低能量的消耗。而當人們在室內處於靜止狀態時，人體熱量有50%以上是通過紅外熱輻射流失的。因此，如果人們所穿的衣物能減少人體對外界的紅外輻射，那麼無疑會提高衣服的保溫效果，進而大大降低冬天供暖帶來的能耗。

[成果簡介]

近日來，斯坦福大學的崔屹教授團隊在Nature Communications上發表了題為Warming up human body by nanoporous metallized polyethylene textile的文章，指出了未來利用金屬化聚乙烯製造具有優越保溫性服飾的可能。該團隊成功構建了一個一維穩態熱傳遞模型，得出了在寒冷環境中人體皮膚溫度恆定條件下，衣物紅外性能和外界溫度的關係。研究發現，織物外表面的紅外輻射率對衣服的保溫性能有重要影響，而織物內表面的紅外輻射率對保溫性能幾乎沒有影響。該團隊進而設計了一種低紅外輻射率（10.1%）的具有納米孔洞的金屬化聚乙烯織物，當穿上這種衣服後，即使外界供暖溫度降低7.1℃，人體的舒適度也不會受影響。這一研究成果有望大大降低對居室供暖的需求，進而對未來資源的有效利用和可持續發展產生深遠影響。

[圖文導讀]

圖一：人體熱傳遞模型的構建和模擬

a.保證人體舒適度前提下，織物內外表面紅外輻射率和外界溫度的關係；

b-c.保證良好透氣性前提下，傳統織物和具有納米孔洞的紅外低輻射率織物的圖示說明；

d.金屬凸點和金屬網篩結構的紅外反射率模擬；

e.納米銀/聚乙烯織物的製造過程；

f.銀面和聚乙烯面的照片和SEM.

圖二：紅外光學表徵

a.納米銀/聚乙烯金屬面、棉、Mylar毯、Omni-Heat的紅外反射率;

b.納米銀/聚乙烯外表面、棉、Mylar毯、Omni-Heat的紅外輻射率.

圖三：熱學性能表徵

a.測溫裝置示意圖；

b.裸露皮膚和穿著各織物條件下，舒適狀態下的外界溫度；

c.外界溫度和皮膚溫度相同條件下，純棉和棉/銀/聚乙烯的厚度比；

d.穿著普通織物和棉/銀/聚乙烯織物的人體紅外照片.

圖四：各織物的適穿性實驗

a-c.棉/銀/聚乙烯、棉、Omni-Heat、Mylar毯的水蒸氣透過速率、吸濕距離和抗拉強度的比較；

d.塗層附著力實驗。實驗證明了納米銀層和聚乙烯層的強結合力；

e.耐久性實驗。實驗證明棉/銀/聚乙烯的紅外輻射率幾乎不受反覆洗滌的影響；

f.著色實驗。

圖五：紅外性能的可調節性及其它低成本金屬

塗層的紅外性能

a.隨化學鍍時間不同，不同厚度銀膜的SEM照片；

b.不同化學鍍時間下的織物紅外輻射譜；

c.不同化學鍍時間下，織物的平均紅外輻射率及其對應的舒適狀態下的外界溫度；

d.棉/鎳/聚乙烯和棉/銅/聚乙烯的紅外輻射譜

e.裸露皮膚和穿著純棉織物、棉/銅/聚乙烯、棉/鎳/聚乙烯條件下，舒適狀態下的外界溫度

[小結]

該研究團隊設計了一種具有納米孔洞、外覆納米金屬塗層的聚乙烯織物，能有效減少人體熱量的耗散。在舒適度不變條件下，當人們穿上這種衣服後，外界供暖溫度可因此降低7.1℃。這種織物由紅外透明（透過率96%）的納米聚乙烯和高紅外反射（反射率98.5%）的納米金屬塗層複合構成，織物外表面的紅外輻射率僅有10.1%。進一步的研究表明，該織物具有很好的耐磨性、吸水性、透氣性和著色性，作為未來的新型織物，有廣闊的應用前景。

文獻鏈接：Warming up human body by nanoporous metallized polyethylene textile(Nature Communication, 8, Article number: 496 (2017) Doi:10.1038/s41467-017-00614-4 )

本文由材料人編輯部學術乾貨組黃子芸供稿，材料牛編輯整理。

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