讓熱浪來得更猛烈些！華中大“降溫神器”登上《科學(xué)》

      7月9日，《科學(xué)》雜志在線發(fā)表了陶光明研究小組和浙江大學(xué)光電科學(xué)與工程學(xué)院馬耀光研究小組合作的題為“Hierarchical-morphology metafabric for scalable passive daytime radiative cooling”的研究論文。此研究突破性地研發(fā)了一種具有形態(tài)分級結(jié)構(gòu)(Hierarchical-morphology structure)、可大批量制備的光學(xué)超材料織物(Metafabric)，具有優(yōu)異的日間輻射制冷能力，對實現(xiàn)高效的戶外個人熱管理具有重要意義。

陶光明教授（中間居左）和馬耀光研究員（中間居右）

       華中科技大學(xué)陶光明小組和浙江大學(xué)馬耀光小組聚焦人民生活需求，顛覆傳統(tǒng)制冷理念，基于與人們?nèi)粘Ｉ钭蠲芮胁豢煞指畹姆b，研發(fā)了在陽光直射的室外環(huán)境下可無源使用的隨身“空調(diào)”——無源制冷光學(xué)超材料織物（Metafabric），以實現(xiàn)高效的戶外個人熱管理，可為所有人降溫。

       你以為無源制冷光學(xué)超材料織物

       只是涼快？

       它的優(yōu)點還有很多！

1環(huán)境友好、可降解

       此技術(shù)對于熱量失衡的地球而言具有重大意義，不僅可無源地滿足人們對于戶外場景的需求，還可以大規(guī)模量產(chǎn)，在生活和工作中無障礙地推廣使用，在不同國家與地區(qū)為不同膚色的人提供服務(wù)。同時，超材料織物的主要材料是環(huán)境友好且生物可降解的，這意味著即使在年產(chǎn)百萬噸的情況下，也不會對環(huán)境造成負(fù)擔(dān)。

2成本僅為商品售價的十分之一

       成本方面，一件成衣的制造成本價往往僅為商品售價的十分之一。研究團(tuán)隊將新材料引入纖維內(nèi)部，纖維成本僅增加10%左右，這意味著一件超材料織物成衣相較于普通成衣的成本增加僅在1%左右，在這種極小的成本差異下卻能帶來優(yōu)異的降溫性能，可造福每個有防護(hù)降溫需求的人。比如防曬服、帳篷、汽車罩、傘或保護(hù)任何暴露在天空下、受到陽光傷害的人和物體。超材料織物的主要目標(biāo)人群包括運(yùn)動員、警察、清潔工、快遞員和醫(yī)護(hù)工作者們。

3讓醫(yī)護(hù)工作者具有更好的熱舒適

       為應(yīng)對新冠肺炎疫情，全世界大量醫(yī)護(hù)工作者穿戴悶熱的口罩與防護(hù)服，為人們進(jìn)行病毒檢測和疫苗注射，白衣天使們?yōu)榭箵粢咔閺?qiáng)忍不適。目前，研發(fā)團(tuán)隊已將超材料織物初步應(yīng)用于口罩和防護(hù)服，與傳統(tǒng)醫(yī)用防護(hù)材料相比，防護(hù)用降溫紡織品材料成功實現(xiàn)了戶外的有效降溫，進(jìn)一步研發(fā)后有望在保持防護(hù)服防護(hù)的基礎(chǔ)上讓醫(yī)護(hù)工作者具有更好的熱舒適。零能耗光學(xué)超材料制冷織物從紡織業(yè)出發(fā)，服務(wù)各行各業(yè)。

這么厲害的無源制冷光學(xué)超材料織物

是什么原理呢？

圖為陽光暴曬下超材料織物的實用性能表征。 (a) 超材料織物人體降溫測試照片; (b) 超材料織物人體降溫測試紅外圖

       圖為超材料織物與棉在人體皮膚表面降溫性能對比測試（ 西雙版納，2020年12月13日）。志愿者身著左半邊為棉、右半邊為超材料織物的特制背心，直面強(qiáng)太陽輻射照射，進(jìn)行對比降溫測試，過程中用紅外相機(jī)實時拍攝記錄溫度變化情況。穿衣前人體皮膚溫度保持均勻，半小時后脫下背心，皮膚左右兩邊表面呈現(xiàn)出明顯溫差，超材料織物(右)所覆蓋的皮膚表面相較于棉(左)可低3°C。

       這種形態(tài)分級結(jié)構(gòu)的光學(xué)隨機(jī)超材料織物（Metafabric），其根據(jù)織物空間結(jié)構(gòu)、纖維結(jié)構(gòu)以及纖維內(nèi)部微納結(jié)構(gòu)進(jìn)行分級，不同的級次分別響應(yīng)不同波段，優(yōu)化了光譜響應(yīng)的效率，同時有效避免了不同波段光譜的串?dāng)_，從而實現(xiàn)了對整個0.3 -25 μm波段范圍的高效的光譜調(diào)控。

       研究團(tuán)隊將光學(xué)超材料技術(shù)與批量纖維制備技術(shù)相結(jié)合，選用綠色環(huán)保、生物可降解的聚乳酸為纖維原料，引入特定波段光學(xué)新特性，獲得了均勻連續(xù)的超材料纖維。在此基礎(chǔ)上，進(jìn)一步利用成熟紡紗織造和層壓技術(shù)，制備的Metafabric在太陽輻射波段（0.3-2.5 μm）具有92.4%反射率，在中紅外大氣窗口波段（8-13 μm）具有94.5%發(fā)射率。

       Metafabric可實現(xiàn)全天低于環(huán)境溫度的日夜輻射制冷；在正午時段的模擬人體皮膚測試中（廣州，2020年11月28日），相較于同色的商用織物（棉、氨綸、雪紡、麻），Metafabric下的模擬皮膚溫度可低5-7 °C。在對汽車模型的降溫測試中（廣州，2020年12月7日），覆蓋Metafabric的模型內(nèi)部溫度相較于市售車罩可降溫27 °C，相較于無織物覆蓋的模型可降溫30 °C。

       此外，Metafabric對暴露于陽光的實際人體也具有顯著的降溫效果（廣州，2020年12月7日），相較于白色棉織物，其對人體體表降溫超過4 °C。同時，該織物具有優(yōu)異的可穿戴性，并與整個紡織行業(yè)相兼容，適合大規(guī)模推廣制備和產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。

       2021年5月，在山東青島舉辦的首屆高等學(xué)?？萍紕?chuàng)新大會上，零能耗光學(xué)超材料制冷織物項目還受邀參加高校科技創(chuàng)新成果展，為建黨100周年獻(xiàn)禮。

       團(tuán)隊下一步將竭盡所能投入到與新冠肺炎疫情戰(zhàn)斗的戰(zhàn)線中，致力于醫(yī)護(hù)工作者的防護(hù)，同時努力與制造業(yè)合作，完成量產(chǎn)的重大任務(wù)，利用科技創(chuàng)新賦能產(chǎn)業(yè)升級，打造具有超高產(chǎn)業(yè)附加值特征的戰(zhàn)略性新型產(chǎn)業(yè)。

       陶光明教授帶領(lǐng)的先進(jìn)功能纖維研究中心（Center for Advanced Functional Fibers, CAFF）致力于多材料特種光纖、面向腔內(nèi)精準(zhǔn)微創(chuàng)手術(shù)的柔性纖維醫(yī)療機(jī)器人以及康養(yǎng)全場景的智能織物技術(shù)等跨學(xué)科研究工作。

       CAFF團(tuán)隊堅持“四個面向”，旨在將具有不同的電、光、熱和機(jī)械性能的材料集成到具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)和多種功能的單個纖維中，為在多個領(lǐng)域中的擴(kuò)展應(yīng)用提供新的機(jī)會，使纖維在未來更加無縫地融入日常生活。課題組目前已形成一支包含博士生、碩士生、本科生、技術(shù)工程師、專職科研秘書等在內(nèi)的完整科研梯隊，已搭建具有國際一流水準(zhǔn)的智能纖維制造科研平臺。

本文來源：互聯(lián)網(wǎng)   版權(quán)歸原作者所有，轉(zhuǎn)載僅供學(xué)習(xí)交流，如有不適請聯(lián)系我們，謝謝。

標(biāo)簽： 點擊： 評論: