首個！製造出可以根據環境自動升降溫或隔熱的衣服！

博科園：本文為材料科學類

儘管幾十年來，高科技熱性能面料不斷創新，使馬拉松運動員保持涼爽或高山徒步旅行者保持溫暖，但從來沒有一種材料能根據環境的變化改變其絕緣性能。直到現在，馬里蘭大學的研究人員發明了一種可以自動調節穿過它熱量的織物。在溫暖潮濕的環境下，比如在出汗的身體附近，織物允許紅外輻射(熱量)通過。當天氣變得涼爽乾燥時，織物會減少散發的熱量。這一進展發表在2019年2月8日的《科學》上。研究人員用塗有導電金屬的特殊工程紗線製成這種織物。在濕熱的條件下，紗線會收縮並激活塗層，從而改變織物與紅外輻射的相互作用方式。研究人員把這種作用稱為紅外輻射的「門控」，它作為一個可調諧的盲板來傳輸或阻擋熱量。

博科園-科學科普：UMD的化學和生物化學教授王玉煌(音譯)說：這是第一項允許我們動態屏蔽紅外輻射的技術。這種新型紡織品的底紗是由兩種不同的合成材料製成的纖維製成，一種材料吸水，另一種材料防水。碳納米管是一種特殊的輕質碳基導電金屬。因為纖維中的物質既能抵抗水分又能吸收水分，所以當纖維暴露在潮濕的環境中，比如出汗的身體周圍，纖維就會發生翹曲。這種變形使紗線更緊密地結合在一起，這有兩個作用。首先打開織物上的毛孔，這有一個小的冷卻效果，因為它允許熱量逃逸。其次，也是最重要的一點，它改變了塗層中碳納米管之間的電磁耦合。可以把這種耦合效應想像成無線電天線的彎曲，從而改變與之共振的波長或頻率。

這種由馬里蘭大學科學家王玉皇和歐陽民研發的新面料是第一種根據條件自動改變性能以捕捉或釋放熱量的紡織品。圖片：Faye Levine, University of Maryland

這是一種非常簡單的思考方式，但是想像一下把兩個天線靠得很近來調節它們接收到的電磁波。當纖維靠得更近時，它們所受到的輻射就會發生變化。在服裝中，這意味著面料與人體散發的熱量相互作用。根據調節的不同，這種織物要麼阻擋紅外輻射，要麼允許它通過。這種反應幾乎是瞬間產生，所以在人們意識到自己變熱之前，衣服就已經在給他們降溫了。在另一方面，當一個物體冷卻下來，動態門機制在反向工作，以捕捉熱量。這篇論文的另一位通訊作者，UMD的物理學教授閔歐陽說：人體是一個完美的散熱器。縱觀歷史，調節散熱器的唯一方法就是脫掉或穿上衣服，但這種結構是真正的雙向調節器。根據《科學》的這篇論文，這是首次證明紡織品能夠調節與環境的熱交換。

馬里蘭大學化學和生物化學教授王玉皇(左)和物理學教授歐陽民拿著他們的新織物的樣本，可以自動調整其絕緣性能，以加熱或冷卻人體。圖片：Faye Levine, University of Maryland

德克薩斯大學(University of Texas)化學教授雷·鮑曼(Ray Baughman)說：這項開拓性研究工作為調節舒適的衣服提供了一種令人興奮的新特性，紡織品會隨著汗液或溫度的升高而增加孔隙度，同時紡織品也會傳輸與體溫相關的紅外輻射。然而之前還沒有人找到一種方法來改變紡織品的孔隙度和紅外透明度，從而根據環境條件提供更多的舒適性。在這種織物商業化之前還需要做更多的工作，但據研究人員稱，用於基纖維的材料很容易獲得，而且在標準染色過程中很容易添加碳塗層。能夠將這種『門控』現象應用到一種能夠改善服裝和其他面料功能的紡織品開發中，非常令人興奮。

博科園-科學科普｜研究/來自: 馬里蘭大學

參考期刊文獻:《科學》

DOI: 10.1126/science.aau1217

博科園-傳遞宇宙科學之美

喜歡這篇文章嗎？立刻分享出去讓更多人知道吧！