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新材料改變生活?斯坦福做出一款“空調衣”
更新時間:2016-11-15 點擊:1916

近日,斯坦福大學Shanhui Fan等開發出一種新材料,它基于塑料紡織,成本低廉,如果用它做衣服,會比現在的天然織物或化纖織物更有效地給身體降溫。 “空調衣”在身,媽媽再也不用擔心我會熱壞了。

斯坦福大學的工程師們在Science中描述他們的工作時稱,"我們研發的這一新系列面料,成有望成為讓人們在炎熱天氣不需空調而保持涼爽的“空調衣”的基礎"。
斯坦福大學材料科學與工程和光子學副教授Cui Yi說:“如果能給身體降溫,而不是給工作或生活的房屋降溫,這能有效解決能源。”這種新材料的工作原理是讓穿著者身體以兩種方式散熱,比穿純棉衣物低近 4華氏度。該材料可以通過汗水蒸發來降溫,目前一些普通面料已經這樣做了。但斯坦福的材料具有第二級的、革命性的冷卻機制:允許身體發出的熱以紅外線穿過塑料織物的方式來散熱。紅外光是一種無形和長波長的光,所有對象,包括我們的身體,都以紅外光的形式對外輻射熱量。毯子通過捕獲接近人體的紅外熱排放來溫暖我們。正是我們的身體發出的紅外熱輻射,讓夜視鏡能在黑暗中可看見我們。
專長于光電子的電氣工程教授Shanhui Fan,在可見光和不可見光的研究中說:“當我們坐在辦公室的時候,我們的身體熱量的40%到60%耗散為紅外輻射,但到現在為止幾乎沒有紡織品散熱特性的相關設計研究。”
超級的廚房包裝
為了發展自己的冷卻紡織技術,斯坦福大學的研究人員在聚乙烯中混合納米技術、光子學和化學技術,試圖使服裝材料具有新的特性:它允許熱輻射、空氣和水蒸汽等正常通過,但阻隔可見光。最簡單的屬性是允許紅外輻射穿過材料,因為這是普通聚乙烯食品保鮮膜就具有的特性。當然,廚房更需要的是不透水、透明的塑料,但服裝領域卻不行。
斯坦福大學研究人員逐一解決這些問題。
首先,他們發現聚乙烯的變型中,有一個特定的納米結構是對可見光不透過但是對紅外輻射透過,能夠讓身體熱量散失,是電池制造常用的。這提供了對可見光不透過但熱輻射透過的節能基礎材料。團隊成員Po-Chun Hsu說:“再經過化學處理來改性工業聚乙烯,使水蒸汽分子通過塑料納米孔蒸,使塑料能像天然纖維那樣呼吸。”
制衣
這一成功意味著讓研究人員得到了滿足具有冷卻功能織物的三個基本條件的單層材料。為了使這個薄的材料更適合做衣服,他們制造了三層系列:兩片聚乙烯由棉網布分離處理以達到所需的強度和厚度。
 
為了測試新材料的冷卻潛力與同厚度的棉織物的冷卻能力,他們在兩種材料的樣品放在裸露皮膚一樣溫暖的表面,測量每種材料保有多少熱量。Fan風趣地說到:“穿什么都會保有一定的熱量,使皮膚溫暖。如果散熱的熱輻射是我們唯一關心的,那么只能什么都不穿了。”實驗對比結果表明,棉織物比新型冷卻織物使皮膚表面溫度高3.6?F。研究人員說稱這種差別意味著,穿著新材料衣服的人可能不樂意打開風扇或空調。
研究人員進一步的工作包括向材料添加更多的色彩、紋理和布樣特性等。“如果你想一個紡織品,你必須要能夠大幅降低成本。”Cui如是說。
這一研究成果為冷卻或加熱的材料研究開辟了新途徑,如此一來,不使用外部能源,可通過調整材料的紅外輻射消散或陷落來達到控溫的目的。
“事后看來,我們所做的有些東西可能看起來很簡單,這是因為很少有人真正去尋找能夠工程化的,并且具有輻射特性的紡織品材料。”Fan說道。