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      中國科研人員研發出零能耗光學超材料制冷織物

      來源:紡織導報 | 作者:紡織導報 | 時間:2021-08-09 09:37:49 | 訂閱《東方紡織》周刊

      氣候變暖已經成為全人類共同面臨的巨大挑戰。人們在生產和作業時往往會不可避免地暴露在高溫暴曬的室外環境,實現零能耗的戶外防護成為人們迫切的需求。如何高效率、低能耗地避免此類熱應激對人體造成的傷害?近期發表于國際頂尖學術期刊《Science》雜志的論文中,華中科技大學陶光明團隊與浙江大學馬耀光教授團隊、中國紡織科學研究院陶光明智能織物工作室等多家科研和產業單位進行交叉學科聯合創新,顛覆傳統制冷理念,研發出了在陽光直射的室外環境下具有顯著降溫效果的零能耗光學超材料制冷織物。據悉,該織物戶外暴曬環境下可為人體表面降溫近5℃,具有優異的日間輻射制冷能力,對實現高效的戶外個人熱管理具有重要意義。

      科研人員研發出的制冷織物

      人體熱量從皮下組織傳導到皮膚,再通過衣物向周圍環境散發熱量,從而維持動態熱平衡和相對穩定的體溫。因此,通過衣物進行個人熱管理是維持人體個性化熱舒適需求的有效方法。但是現有的降溫服裝存在降溫效果差、笨重不輕便、耗能高等問題。因此近年來基于輻射熱調節的織物吸引了越來越多學術界和產業界的關注。由于人體紅外輻射范圍(7~14μm)與大氣透明窗口(8~13μm)重疊,人體的熱輻射可以直接通過大氣透明窗口向外太空進行輻射制冷,從而實現零能耗的降溫。所以利用人體穿戴織物進行輻射制冷可顯著提高人體熱舒適性能且不需要任何外部能量輸入,是傳統耗能熱管理技術極具潛力的替代及補充方案。

      據了解,研究人員研發的這種智能制冷織物具有分級形態結構。根據織物空間結構、纖維結構、纖維內部納米結構,在不同的空間和尺度上進行分級,形成了一種宏觀有序、微觀隨機的形態學分級體系。

      用于日間輻射冷卻的超材料制冷織物原理示意圖

      研究人員將光電超材料技術與批量纖維制備技術相結合,選用綠色環保、生物可降解的聚乳酸(PLA)為纖維原料,經過進一步加工,獲得了均勻連續的超材料纖維。纖維強度可滿足縫紉機在商用面料上進行任意文字和形狀的繡花。在此基礎上,研究人員進一步利用紡紗織造技術和層壓技術,得到了在太陽光波段具有92.4%反射率、在中紅外波段具有94.5%反射率的超材料織物。

      超材料織物的降溫性能測試:

      (a)測試裝置示意圖和樣品照片;(b)超材料織物24小時連續制冷性能測試曲線圖

      另外,研究人員模擬人體測試發現,正午時間段超材料織物所覆蓋的模擬皮膚溫度相較于棉、氨綸、麻織物可降低5~7℃。

      超材料織物與商用織物降溫性能對比測試:

      (a)測試裝置示意圖和樣品照片(b)超材料織物制冷性能對比測試曲線圖

      在對汽車模型的降溫測試中,覆蓋超材料制冷織物的汽車模型內部溫度相比覆蓋車罩的汽車模型溫度差最高可達27℃,相較于無覆蓋的汽車模型溫度差最高可達30℃。

      超材料織物與商用市售車罩降溫性能對比測試:

      (a)模擬汽車實物及紅外照片;(b)制冷性能對比測試曲線圖

      研究人員介紹,超材料織物價格與普通衣服相差不大,這也意味著,與目前價格較貴的液冷服、空冷服相比,超材料織物能使更多普通人享受到這一科技成果。該超材料織物還成功應用于醫用防護口罩和醫用防護服,與傳統醫用防護材料相比,可實現戶外有效降溫。據悉,該超材料織物的生產對設備要求不高,具備零能耗、低成本、可產業化批量生產等特征,適合大規模推廣制備和產業化應用。

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      責任編輯:任萍

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