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Science:斯坦福大学开发降温纺织品,穿上就凉凉的

2016/09/05 来源:生物探索
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导读
最新一期的Science上报道了一项最新研究:斯坦福大学的工程师开发了一种低成本、基于塑料的纺织品,通过它们制成衣服,可以让穿着者感觉凉凉的,并减少人类对空调的依赖,可以进一步降低能源。

最新一期的Science上报道了一项最新研究:斯坦福大学的工程师开发了一种低成本、基于塑料的纺织品。如果将它们织成衣服,可以有效地将身体冷却,效果远好于我们今天穿的通过天然或合成织物而成衣服。

研究人员认为,这种新的纺织品可能作为成衣的布料,让人们在炎热的夏天即使没有空调也能保持凉快。

斯坦福大学材料科学与光科学工程学院的助理教授Yi Cui表示,如果可以直接冷却人体,而不是工作或生活的建筑,这将显著节省能源。

这种新材料的工作原理,是通过两种方式允许身体排出热量,使穿着者感到比他们穿的棉质衣服要低4华氏度(Fahrenheit)左右。

一般情况下,通过汗水蒸发让该材料冷却,一些普通的面料也已经可以做到。但斯坦福大学提安心供了第二个革命性的冷却机制:让体内热量作为身体发出的红外辐射,通过新型纺织品散热。

众所周知,包括我们身体在内的所有物体,都是以红外辐射(一种不可见且良性的光)的形式散热;毛毯等覆盖物通过捕获身体排放的红外辐射让身体保持温暖。这种从身体中逃离的热辐射可以在黑暗中通过夜视镜窥探。

Shanhui Fan是一名从事光子学的电气工程教授,主要研究可见光与不可见光。他表示,当我们坐在办公室里时,40%到60%的身体热量通过红外辐射排出,到目前为止,还没有研究是通过设计纺织品的热辐射特性来降温。

超级厨房包装

为了开发出具有冷却功能的纺织品,斯坦福大学的研究人员在一种聚乙烯材料上联合使用了纳米技术、光子学和化学技术等,后者是一种我们可以在厨房包装上使用的清新、紧贴型塑料。

聚乙烯具有一些服装材料的特性,如允许热辐射、空气和水蒸气穿过,对于可见光而言是不透明的,但它是不透水的,因此斯坦福大学的研究人员需要解决其缺陷。

博士后学者和团队成员Po Chun Hsu表示,他们发现了电池里常用的聚乙烯的一种变体,它具有特定的纳米结构,对可见光不透明,但对红外辐射透明可以让身体的热量逃逸。然后他们把这种变体通过工业改良,制成改性聚乙烯的化学物质,使水蒸气分子通过塑料纳米孔蒸发,让塑料像天然纤维一样的呼吸。

做衣服

这一成功,让研究人员找到了满足他们3个基本标准用来制作冷却织物的单一材料。为了使这种薄材料更具有纺织品特性,研究人员创造了三层结构:两张处理的聚乙烯被一个强度和厚度适宜的棉网分离。

为检验这种三层结构是否比棉布更具有冷却潜力,他们把材料商的每一小块放在裸露的皮肤上,并测试其温度。

Shanhui Fan教授表示,穿任何织物都或多或少使得皮肤更温暖,如果散热辐射是我们唯一的关注,那么最好什么也不穿。不过比较表明:穿传统棉织物会使皮肤表面的温度比比穿这种新型制品高3.6华氏度(Fahrenheit),这种差异意味着一个人穿着他们的新材料可能不需要打开风扇或空调。

此外,研究人员表示,目前已经适应电池行业的批量生产材料可以使它更容易创造产品,但他们正在进一步深入工作,包括增加更多的颜色、纹理和布状等特点。

Yi Cui教授表示,如果你想做一个纺织品,你必须对这项研究开辟新的途径以满足原材料廉价的需求。这项研究在没有使用外部能量的情况下,通过调整材料消除红外辐射。若干年后,很多人回过头来看一定会觉得这很简单,事实上很少有人一直在探索纺织品的辐射特性。

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