中国科学家研发的降温T恤登上《科学》…将建筑材料的概念用到服饰里，凉快

全球气温升高往往会形成糟糕的恶性循环：更多人使用空调，能源需求激增，碳排放更高，气温上升更多。在这一背景下，可再生能源似乎是解决问题的一个选择。另一方面，人们也一直在探索能够实现所谓“被动冷却”的材料——在不额外消耗能源的情况下，这些特殊材料可从它们覆盖的任何物体上吸收热量并将其辐射至太空。

迄今为止，该领域的大多数研究都聚焦于建筑材料，希望开发出能使建筑比周围空气温度低几度的屋顶。不过也有科学家另辟蹊径，将“被动冷却”概念应用于织物。最近，来自华中科技大学和浙江大学等多个高校的研究者共同在《科学》（Science）杂志发表论文，介绍了他们联合研发的一款降温背心，称它能给穿着者降温3ºC左右。

为什么你会感觉热？这恰是该研究的突破口

当把某个物体暴露于阳光下，毫无疑问它将直接反射掉一部分光子，与此同时也会吸收一部分光子，而吸收的那一部分会转化成热量，接着热量又以红外波形式发射出去。

话到此处，你可能觉得既然吸收的热又给发射掉了，理论上该物体应该不会变热，但这种想法显然违背实际情况，原因在于发射出去的那些红外波会被大气里的许多气体吸收，然后继续以热量形式存在于物体附近。

如果这个物体是一个人，那么除了来自环境的热，他们自己也要通过新陈代谢产生热量，这些热量都会以红外线形式向外辐射，然后又被大气困在人体周围，导致人体感觉更热。

被动冷却的奥秘在于所谓的大气窗口（atmospheric window），即大气中任何气体都无法吸收的红外光谱区域。该光谱区的光子可能最终进入太空，于是热量便永久逸散了。换句话说，假如你通过某种方法，让你身上的热量（无论是外界给你的还是自发产生的）以大气窗口范围波长的红外线辐射出去，那么它们就在真正意义上离开了你的身体，从而让你的肌肤感受身边人无法感受到的清凉。

研发被动冷却材料的两大核心要点在于：

实现极高的反射率，能反射大部分入射光；

实现极高的大气窗口范围内的发射率，能让热量以光波形式真正射向太空。

就第二点来说，鉴于落在大气窗口范围内的红外光波大部分都属于中红外光（波长2.5～25μm），因此设计材料时需要保证它能将热量在中红外范围里辐射掉。

目前还没有任何单个材料能用作理想的被动冷却材料，但是，随着科学家在小尺度上构建多相材料的能力不断增强，他们有希望找到具备冷却潜力的材料组合，最后的研究结果也证明了这一点。

创新点：聚乳酸织物+二氧化钛粉末

前文提到研发的两大核心要点，一个是实现极高的反射率，另一个则是把发射红外光的波长聚焦在中红外区间。

关于第一点，为使衣服具备出色反光能力，研究团队采用反光性极强的二氧化钛粉末来处理织物。他们将二氧化钛纳米粒子嵌入了聚合物纤维中，并通过计算机模拟确定了粒子尺寸，以此最大程度地提高反射率。

关于第二点，研究团队选择了聚乳酸作为基础织物材料，因为聚乳酸能发射中红外线，正符合大气窗口的要求。

聚乳酸织物被编织得具有足够大的孔隙用于空气交换。此外，研究人员给织物涂上了薄薄的一层聚四氟乙烯。这有两个目的：一方面，聚四氟乙烯能有效反射紫外线，这是二氧化钛难以反射的；另一方面，它是疏水的，与精确计算得到的孔径相互配合，便可兼具防水性和透气性。

3度优势

研究人员尽最大努力让他们的神奇织物通过了大量的测试和演示。他们展示了透气/防水组合的工作原理，证明了织物成功反射超过90%的入射阳光，还兼顾了一件衣物需要面临的“日常处理”，例如用洗衣机清洗，或者在上面绣图案。

而至关重要的测试当然是针对降温效果的。

研究团队将聚乳酸织物与其他多种面料的织物放在一块铜板上，令其接受阳光直射。为了让测试条件更接近实际使用环境，他们还给织物加了个“皮肤模拟器”——导入人体通常会散发的热量。最终结果表明，实验织物对自身热量的管理确实符合预期：它的温度比棉织物低了5摄氏度，比氨纶低近7度。

此外，研究人员制作了一件混合背心——一半由实验织物构成，另一半则是普通面料的，然后令一名学生穿上此背心，并坐在阳光下，接着使用红外摄像机记录了此人体温，结果发现被实验材料覆盖的那一半身体温度比另一半低了约3度。

资料来源：

New fabric passively cools whatever it’s covering—including you

END

记得关注、分享～