一種由可正反兩用的紡織物制成的新型紡織品既能讓穿著者暖和或涼爽還能感到舒適。兩層具有不同釋放熱能的能力的材料疊加在一起并夾在聚乙烯層之間。圖片來源:崔毅團(tuán)隊(duì)

斯坦福大學(xué)的研究人員開發(fā)出了一種雙面纖維結(jié)構(gòu)，無需花費(fèi)力氣或能源，無論天氣如何都可以讓皮膚保持舒適的溫度。

在11月10日出版的《科學(xué)進(jìn)步》雜志上，材料科學(xué)與工程專業(yè)的崔毅教授領(lǐng)導(dǎo)的研究小組，用與日常廚房包裝相同的材料制造出了雙面紡織物。他們創(chuàng)造出的新型紡織物可以使穿著者感到溫暖或涼爽，這要取決于哪面朝外。

這個(gè)研究項(xiàng)目來源于崔毅對能源效率的興趣以及他在使用納米材料方面的專業(yè)經(jīng)驗(yàn)。他認(rèn)為如果人們使用這種材料做的衣服能在一定的溫度范圍內(nèi)感覺更加舒適，那么他們就可以將空調(diào)和集中供暖的能源節(jié)省下來。

崔毅問：“你為什么要給整棟大樓降溫或加熱呢?為什么你不給個(gè)人降溫或加熱呢?”在美國消耗的全部能源中，有13%是專門用于控制室內(nèi)溫度的。但是，溫度每下降1攝氏度（1.8華氏度），建筑物就可以節(jié)省高達(dá)10％的熱能，冷卻也是一樣。溫度調(diào)節(jié)僅僅幾度就會(huì)對能耗有重大影響。

可降溫的廚房保鮮膜

我們的身體有很多控制體溫的方法。寒冷的時(shí)候，我們皮膚上的毛發(fā)就會(huì)直立起來捕捉溫暖的空氣。最終，我們可能會(huì)開始發(fā)抖，這樣在我們的肌肉中就會(huì)產(chǎn)生更多的輻射熱量。當(dāng)肌肉很熱的時(shí)候，我們的皮膚就會(huì)以紅外線的形式釋放出熱量，如果我們還很熱的話，就會(huì)開始出汗。水從我們身體蒸發(fā)帶走了大量的熱量。但這些原理只能改變幾度溫度。在我們的身體能夠適應(yīng)的溫度范圍之外，我們就尋求暖氣或空調(diào)的幫助。

2016年，研究團(tuán)隊(duì)宣布了解決方案的第一步:可以讓身體的熱量透過的紡織品給皮膚降溫。雖然他們的靈感來自于透明但不透水的廚房保鮮膜，但他們的新材料不透明且透氣，并保留了可以讓紅外線輻射穿過身體的能力。在實(shí)驗(yàn)室測試中，他們的紡織物與棉花樣品相比保持著人工皮膚的溫度，可能足夠涼爽或保暖，使得人不再去用風(fēng)扇或恒溫器。該研究團(tuán)隊(duì)發(fā)明的第一個(gè)紡織品就可以節(jié)省滿是員工的建筑20-30％的能源總預(yù)算。

雙面纖維的研究進(jìn)展

論文的第一作者，博士后徐伯均說：“就在我們發(fā)現(xiàn)冷卻的時(shí)候，問題來了:能進(jìn)行加熱嗎?。”這是一個(gè)特別寒冷的冬天，他帶著一個(gè)裝滿大衣的隨身行李前往明尼阿波利斯參加一個(gè)會(huì)議。他能不能創(chuàng)造出一件衣服，讓他既可以在一個(gè)擁擠還暖和的會(huì)議室里還可以在寒冷的街道上感到舒適呢?

徐意識(shí)到控制輻射可以雙向工作。他將不同散熱性能的兩層材料疊加在一起，然后將它們夾在冷卻的聚乙烯層之間。夾層材料可以使人的舒適溫度范圍提高10華氏度以上，而徐預(yù)測其潛在的溫度范圍更大——接近25華氏度。居民們?nèi)绻┲@樣的紡織品，有些地方的建筑可能根本就不需要空調(diào)或中央供暖。

實(shí)際中的聚合物

該研究團(tuán)隊(duì)說，這種白色的紡織物還不太適合穿。崔說:“理想情況下，當(dāng)我們打算得到想要穿在皮膚上的東西時(shí)，我們需要把它做成由纖維編織的結(jié)構(gòu)。”這樣編織的紡織品更結(jié)實(shí)，更有彈性并且更舒適，看起來更像普通的衣服。但好消息是:他們已經(jīng)開始通過測試來確保他們的布料可以用機(jī)器清洗。

參與這項(xiàng)研究工作的電氣工程專業(yè)教授范善輝說：“從我的角度來看，這項(xiàng)研究工作確實(shí)強(qiáng)調(diào)了將散熱工程概念與納米光子結(jié)構(gòu)結(jié)合在一起創(chuàng)造新功能的重要機(jī)會(huì)”。

該研究團(tuán)隊(duì)的目標(biāo)是制造出一種易于制造且實(shí)用的紡織品，人們可以用它來節(jié)省世界各地大量的能源。他們也不止步于此——崔、徐和范教授設(shè)想服裝上可以有醫(yī)療設(shè)備，甚至將娛樂裝置都印在衣服上。

范說，“我認(rèn)為我們僅僅是看到了許多創(chuàng)造性思維的開始，這些富有創(chuàng)造性的想法可以從這些結(jié)合中迸發(fā)出來。”

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