北京
夏日炎炎，人在戶外動(dòng)輒中暑，帽子風(fēng)扇通不頂用。如果有一件“調(diào)溫馬甲”，能讓人在大太陽(yáng)下也感覺(jué)涼爽，是不是很酷？這個(gè)想法，還真被實(shí)現(xiàn)了。
今年3月，北京大學(xué)鄒如強(qiáng)教授團(tuán)隊(duì)在《自然·通訊》雜志發(fā)表了一項(xiàng)研究，用一種精心設(shè)計(jì)的纖維，將“空調(diào)”織進(jìn)了布料。拿它做成的衣服，表面溫度比普通聚酯纖維馬甲，可以低七八度。
這種卓越效果，是怎么達(dá)到的呢？
背后秘訣就在于“相變材料”。這類材料，利用物質(zhì)相變時(shí)溫度不變的特性，讓“智能調(diào)溫”成為可能。
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“簡(jiǎn)單說(shuō)，它就像藏在布料里的‘智能空調(diào)’：外界溫度高了，它就把熱量悄悄吞掉存起來(lái)；溫度降下來(lái)，它再把熱量慢慢吐出去，（而它自己的溫度幾乎不變）。”鄒如強(qiáng)在接受光明日?qǐng)?bào)的采訪時(shí)說(shuō)。
之前，這項(xiàng)技術(shù)從實(shí)驗(yàn)走向應(yīng)用，就一直受困于儲(chǔ)熱、導(dǎo)熱、機(jī)械強(qiáng)度的“不可能三角”：儲(chǔ)熱能力強(qiáng)的，都又脆、又容易漏液；面料結(jié)實(shí)的，儲(chǔ)熱能力又不行，沒(méi)有調(diào)溫意義。
而這一次，團(tuán)隊(duì)找到了一個(gè)根本性的創(chuàng)新方案：在傳統(tǒng)紡織材料中加入微量碳納米管充當(dāng)鋼筋骨架；并利用其優(yōu)秀的導(dǎo)熱能力作為高速熱量通道。同時(shí)搭建一種三維互穿聚合物網(wǎng)絡(luò)，將相變小分子精準(zhǔn)約束其中——這樣即使它們?nèi)刍梢后w，也會(huì)被鎖住，而不會(huì)泄露出來(lái)；并且它還為結(jié)構(gòu)帶來(lái)了彈性。
通過(guò)這種設(shè)計(jì)，做出的高性能相變材料，儲(chǔ)熱效率高，韌性和強(qiáng)度極大，可直接兼容目前的商用紡織設(shè)備，在剪裁、縫紉、織造等環(huán)節(jié)中無(wú)縫銜接，產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用一片坦途。
團(tuán)隊(duì)用創(chuàng)新材料做的布料和調(diào)溫馬甲。圖源：來(lái)自論文
而為了測(cè)試它的“空調(diào)”效果，團(tuán)隊(duì)用它制作了一件馬甲，并在夏季戶外環(huán)境中，和普通聚酯纖維馬甲比較。結(jié)果，后者表面溫度飆升到了約50℃，而“相變”馬甲僅42℃。在高溫室內(nèi)環(huán)境下，它的吸熱緩沖與熱防護(hù)性能同樣優(yōu)越。
“這套思路，不僅僅是造出一種新布料，更為下一代智能熱管理材料開(kāi)辟了新路徑。”鄒如強(qiáng)說(shuō)。
之前，在智能穿戴與個(gè)人熱管理領(lǐng)域，相變材料就被公認(rèn)是革命性的熱管理解決方案。在未來(lái)，它將有望廣泛應(yīng)用于特種防護(hù)服裝、可穿戴醫(yī)療設(shè)備、智能運(yùn)動(dòng)服飾、航空航天艙內(nèi)服，以及建筑節(jié)能織物等領(lǐng)域。
這對(duì)推動(dòng)節(jié)能減排和提升人類在極端環(huán)境下的生存舒適度，都有重要價(jià)值。
策劃制作
作者丨周雷
審核丨孫克衍 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)低碳能源與動(dòng)力工程學(xué)院 副教授
策劃丨高佩雯
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