盡管幾十年來，高科技熱性能面料不斷創(chuàng)新，使馬拉松運(yùn)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(jù)環(huán)境的變化改變其絕緣性能。直到現(xiàn)在，馬里蘭大學(xué)的研究人員發(fā)明了一種可以自動調(diào)節(jié)穿過它熱量的織物。

在溫暖潮濕的環(huán)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(dāng)天氣變得涼爽干燥時(shí)，織物會減少散發(fā)的熱量。這一進(jìn)展發(fā)表在2019年2月8日的《科學(xué)》上。研究人員用涂有導(dǎo)電金屬的特殊工程紗線制成這種織物。在濕熱的條件下，紗線會收縮并激活涂層，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(diào)諧的盲板來傳輸或阻擋熱量。

博科園-科學(xué)科普：UMD的化學(xué)和生物化學(xué)教授王玉煌(音譯)說：這是第一項(xiàng)允許我們動態(tài)屏蔽紅外輻射的技術(shù)。這種新型紡織品的底紗是由兩種不同的合成材料制成的纖維制成，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(zhì)碳基導(dǎo)電金屬。因?yàn)槔w維中的物質(zhì)既能抵抗水分又能吸收水分，所以當(dāng)纖維暴露在潮濕的環(huán)境中，比如出汗的身體周圍，纖維就會發(fā)生翹曲。這種變形使紗線更緊密地結(jié)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?yàn)樗试S熱量逃逸。其次，也是最重要的一點(diǎn)，它改變了涂層中碳納米管之間的電磁耦合?？梢园堰@種耦合效應(yīng)想象成無線電天線的彎曲，從而改變與之共振的波長或頻率。

這是一種非常簡單的思考方式，但是想象一下把兩個天線靠得很近來調(diào)節(jié)它們接收到的電磁波。當(dāng)纖維靠得更近時(shí)，它們所受到的輻射就會發(fā)生變化。在服裝中，這意味著面料與人體散發(fā)的熱量相互作用。根據(jù)調(diào)節(jié)的不同，這種織物要么阻擋紅外輻射，要么允許它通過。這種反應(yīng)幾乎是瞬間產(chǎn)生，所以在人們意識到自己變熱之前，衣服就已經(jīng)在給他們降溫了。在另一方面，當(dāng)一個物體冷卻下來，動態(tài)門機(jī)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(xué)教授閔歐陽說：人體是一個完美的散熱器?？v觀歷史，調(diào)節(jié)散熱器的唯一方法就是脫掉或穿上衣服，但這種結(jié)構(gòu)是真正的雙向調(diào)節(jié)器。根據(jù)《科學(xué)》的這篇論文，這是首次證明紡織品能夠調(diào)節(jié)與環(huán)境的熱交換。

德克薩斯大學(xué)(University of Texas)化學(xué)教授雷·鮑曼(Ray Baughman)說：這項(xiàng)開拓性研究工作為調(diào)節(jié)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(shí)紡織品也會傳輸與體溫相關(guān)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(jù)環(huán)境條件提供更多的舒適性。在這種織物商業(yè)化之前還需要做更多的工作，但據(jù)研究人員稱，用于基纖維的材料很容易獲得，而且在標(biāo)準(zhǔn)染色過程中很容易添加碳涂層。能夠?qū)⑦@種‘門控’現(xiàn)象應(yīng)用到一種能夠改善服裝和其他面料功能的紡織品開發(fā)中，非常令人興奮。

博科園-科學(xué)科普｜研究/來自:?馬里蘭大學(xué)

參考期刊文獻(xiàn):《科學(xué)》

DOI: 10.1126/science.aau1217

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