新材料改变生活 斯坦福做出一款“空调衣”

材料牛注：近日，斯坦福大学Shanhui Fan等开发出一种新材料，它基于塑料纺织，成本低廉，如果用它做衣服，会比现在的天然织物或化纤织物更有效地给身体降温。 “空调衣”在身，妈妈再也不用担心我会热坏了。

斯坦福大学的工程师们在Science中描述他们的工作时称，"我们研发的这一新系列面料，成有望成为让人们在炎热天气不需空调而保持凉爽的“空调衣”的基础"。

斯坦福大学材料科学与工程和光子学副教授Cui Yi说：“如果能给身体降温，而不是给工作或生活的房屋降温，这能有效解决能源。”这种新材料的工作原理是让穿着者身体以两种方式散热，比穿纯棉衣物低近4华氏度。该材料可以通过汗水蒸发来降温，目前一些普通面料已经这样做了。但斯坦福的材料具有第二级的、革命性的冷却机制：允许身体发出的热以红外线穿过塑料织物的方式来散热。红外光是一种无形和长波长的光，所有对象，包括我们的身体，都以红外光的形式对外辐射热量。毯子通过捕获接近人体的红外热排放来温暖我们。正是我们的身体发出的红外热辐射，让夜视镜能在黑暗中可看见我们。

专长于光电子的电气工程教授Shanhui Fan，在可见光和不可见光的研究中说：“当我们坐在办公室的时候，我们的身体热量的40％到60％耗散为红外辐射，但到现在为止几乎没有纺织品散热特性的相关设计研究。”

超级的厨房包装

为了发展自己的冷却纺织技术，斯坦福大学的研究人员在聚乙烯中混合纳米技术、光子学和化学技术，试图使服装材料具有新的特性：它允许热辐射、空气和水蒸汽等正常通过，但阻隔可见光。最简单的属性是允许红外辐射穿过材料，因为这是普通聚乙烯食品保鲜膜就具有的特性。当然，厨房更需要的是不透水、透明的塑料，但服装领域却不行。

斯坦福大学研究人员逐一解决这些问题。

首先，他们发现聚乙烯的变型中，有一个特定的纳米结构是对可见光不透过但是对红外辐射透过，能够让身体热量散失，是电池制造常用的。这提供了对可见光不透过但热辐射透过的节能基础材料。团队成员Po-Chun Hsu说：“再经过化学处理来改性工业聚乙烯，使水蒸汽分子通过塑料纳米孔蒸，使塑料能像天然纤维那样呼吸。”

制衣

这一成功意味着让研究人员得到了满足具有冷却功能织物的三个基本条件的单层材料。为了使这个薄的材料更适合做衣服，他们制造了三层系列：两片聚乙烯由棉网布分离处理以达到所需的强度和厚度。

为了测试新材料的冷却潜力与同厚度的棉织物的冷却能力，他们在两种材料的样品放在裸露皮肤一样温暖的表面，测量每种材料保有多少热量。Fan风趣地说到：“穿什么都会保有一定的热量，使皮肤温暖。如果散热的热辐射是我们唯一关心的，那么只能什么都不穿了。”实验对比结果表明，棉织物比新型冷却织物使皮肤表面温度高3.6˚F。研究人员说称这种差别意味着，穿着新材料衣服的人可能不乐意打开风扇或空调。

研究人员进一步的工作包括向材料添加更多的色彩、纹理和布样特性等。“如果你想一个纺织品，你必须要能够大幅降低成本。”Cui如是说。

这一研究成果为冷却或加热的材料研究开辟了新途径，如此一来，不使用外部能源，可通过调整材料的红外辐射消散或陷落来达到控温的目的。

“事后看来，我们所做的有些东西可能看起来很简单，这是因为很少有人真正去寻找能够工程化的，并且具有辐射特性的纺织品材料。”Fan说道。

原文链接：Engineers develop a plastic clothing material that cools the skin。

文献链接：Radiative human body cooling by nanoporous polyethylene textile。

本文由编辑部杨超提供素材，豆慧敏编译，点我加入材料人编辑部。