科学家开发出第一种可根据条件自动冷却或隔热的织物

尽管在具有高科技热性能的织物上进行了数十年的创新,使马拉松运动员保持凉爽或高山徒步旅行者的温暖,但从未有过改变其绝缘性能以响应环境的材料。到现在。

马里兰大学的研究人员创造了一种能够自动调节通过它的热量的织物。当条件温暖和潮湿时,例如在出汗体附近的情况下,织物允许红外辐射(热量)通过。当条件变得更凉爽和干燥时,织物会减少逸出的热量。2019年2月8日的“ 科学 ”杂志报道了这一发展。

研究人员用涂有导电金属的特殊工程纱线制作了这种面料。在炎热,潮湿的条件下,纱线束紧致并激活涂层,这改变了织物与红外辐射相互作用的方式。他们将这种行为称为红外辐射的“门控”,红外辐射可作为可调盲板传输或阻挡热量。

“这是第一项允许我们动态控制红外辐射的技术,”UMD的化学和生物化学教授Yu Huang Wang表示,该论文指导了这项研究。

这种新纺织品的基础纱线由两种不同合成材料制成的纤维制成 - 一种吸水,另一种排斥。这些股线涂有碳纳米管,这是一种特殊的轻质碳基导电金属。因为纤维中的材料既抵抗并吸收水分,所以当暴露于诸如出汗体周围的湿气时,纤维会翘曲。这种扭曲使得纱线更紧密地结合在一起,这做了两件事。首先,它打开织物中的毛孔。这具有小的冷却效果,因为它允许热量逸出。其次,最重要的是,它改变了涂层中碳纳米管之间的电磁耦合。

“你可以把这种耦合效应想象成无线电天线的弯曲,以改变它产生共振的波长或频率,”王说。“这是一种非常简单的思考方式,但想象一下将两个触角靠近在一起以调节它们拾取的电磁波的类型。当光纤靠近在一起时,它们相互作用的辐射会发生变化。在服装中,这意味着织物与人体辐射的热量相互作用。“

根据调整,织物阻挡红外辐射或允许其通过。反应几乎是即时的,所以在人们意识到它们变热之前,衣服可能已经冷却了。另一方面,当车身冷却时,动态选通机构反向工作以捕获热量。

“人体是一个完美的散热器。它可以快速散热,”UMD物理学教授和该论文的另一位作者Min Ouyang说。“就历史而言,调节散热器的唯一方法就是脱掉衣服或穿上衣服。但这种面料是一种真正的双向调节器。”

根据科学论文,这是第一种能够调节与环境的热交换的纺织品。

“这项开创性的工作为舒适调整服装提供了令人兴奋的新的可切换特性,”德克萨斯大学化学教授Ray Baughman说,他没有参与这项研究。“众所周知,纺织品会增加汗液或增加温度的孔隙度,以及传递与体温相关的红外辐射的纺织品。但是,之前没有人找到一种方法来改变纺织品的孔隙率和红外透明度。为了响应环境条件而提供更高的舒适度。“

在织物商业化之前需要做更多的工作,但研究人员表示,基础纤维所用的材料很容易获得,并且在标准染色过程中可以很容易地添加碳涂层。

“我认为能够将这种门控现象应用于能够改善服装和其他面料功能的纺织品的开发是非常令人兴奋的,”欧阳说。

相关推荐