真正的冬暖夏凉：华人科学家创造新型布料，可根据环境变化自动调节热量通过来维持体温
近几十年来，随着科技的进步，人们在高科技热性能面料上取得了许多创新性成果，比如让马拉松运动员保持凉爽或让高山徒步旅行者维持体温的布料。但至今仍未有一种能根据环境变化而自我调节，改变自身热性能的材料。
实际上，自然界中的许多物种已经发展出优雅的策略来操纵红外辐射以实现加热或冷却的目的。例如，撒哈拉银蚂蚁（Saharan silver ants）拥有三角形毛发，可以根据太阳的位置反射近红外线，以有效地散热。
马里兰大学王育煌教授和欧阳敏教授合作开发了一种新型织物，能够根据环境条件自动调节通过它的热量。在温暖潮湿的环境下，例如夏天身体出汗，织物允许红外辐射（热量）通过，从而有效散热；当环境凉爽干燥时，织物则会减少热量散失。“这是第一项动态控制红外辐射的技术。”
这种织物由涂有碳纳米管的特殊工程纱线制成。在湿热条件下，纱线会收缩并激活涂层，从而改变织物与红外辐射的相互作用方式。
这项研究以 Dynamic gating of infrared radiation in a textile 为题于2019年2月8日发表在国际顶尖学术期刊 Science 杂志上。马里兰大学王育煌教授和欧阳敏教授为共同通讯作者。
王育煌教授（左）和欧阳敏（右）
对于人体来说，红外辐射与环境的热交换超过40％，红外辐射是人体释放热量的主要方式。
这种新型织物的基础纱线是由两种不同的合成材料制成的纤维—— 一种吸水，另一种疏水。这些股线表面有碳纳米管涂层，这是一种特殊的轻质碳基导电材质。
因为纤维中的材料既吸水又疏水，所以其暴露于如出汗导致的湿气时，纤维会翘曲。这种扭曲使得纱线更紧密地结合在一起，从而产生两种效果。首先，它打开织物中的空隙，允许热量散出，具有小的冷却效果。 然后，最重要的是，它改变了涂层中碳纳米管之间的电磁耦合，电磁耦合的改变导致热辐射通量发生变化。
织物阻挡红外辐射通过或允许其通过，这一反应几乎是即时的，在人们意识到变热之前，衣服可能已经开始冷却了。另一方面，身体感觉冷的时候，通过反向工作以捕获热量。
人体是一个完美的散热器，它发热迅速，从古至今，调节人体这一散热器的唯一方法就是脱掉衣服或穿上衣服。 但论文中的这种面料可以称得上是一个真正的双向调节器，可以在不增减衣服的情况下自动调节温度。
这种新型织物在商业化之前还需要做更多的研究，但该织物所用的基础纤维材料很容易获取，而且在现代染色工艺中可以很容易地添加碳涂层。所以这种可自我调节的新型织物的研究非常有前景，而且有望从根本上改变衣物的舒适度，可以降低建筑物内供暖和制冷相关的能源成本，甚至增加人类在严苛环境中的生存能力。
参考链接：
http://science.sciencemag.org/content/363/6427/619
https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news2/newsid=52084.php
制造出首个可以根据环境自动升降温或隔热的衣服
尽管几十年来，高科技热性能面料不断创新，使马拉松运动员保持凉爽或高山徒步旅行者保持温暖，但从来没有一种材料能根据环境的变化改变其绝缘性能。直到现在，马里兰大学的研究人员发明了一种可以自动调节穿过它热量的织物。在温暖潮湿的环境下，比如在出汗的身体附近，织物允许红外辐射(热量)通过。当天气变得凉爽干燥时，织物会减少散发的热量。这一进展发表在2019年2月8日的《科学》上。研究人员用涂有导电金属的特殊工程纱线制成这种织物。在湿热的条件下，纱线会收缩并激活涂层，从而改变织物与红外辐射的相互作用方式。研究人员把这种作用称为红外辐射的“门控”，它作为一个可调谐的盲板来传输或阻挡热量。
博科园-科学科普：UMD的化学和生物化学教授王玉煌(音译)说：这是第一项允许我们动态屏蔽红外辐射的技术。这种新型纺织品的底纱是由两种不同的合成材料制成的纤维制成，一种材料吸水，另一种材料防水。碳纳米管是一种特殊的轻质碳基导电金属。因为纤维中的物质既能抵抗水分又能吸收水分，所以当纤维暴露在潮湿的环境中，比如出汗的身体周围，纤维就会发生翘曲。这种变形使纱线更紧密地结合在一起，这有两个作用。首先打开织物上的毛孔，这有一个小的冷却效果，因为它允许热量逃逸。其次，也是最重要的一点，它改变了涂层中碳纳米管之间的电磁耦合。可以把这种耦合效应想象成无线电天线的弯曲，从而改变与之共振的波长或频率。
这种由马里兰大学科学家王玉皇和欧阳民研发的新面料是第一种根据条件自动改变性能以捕捉或释放热量的纺织品。图片：Faye Levine, University of Maryland这是一种非常简单的思考方式，但是想象一下把两个天线靠得很近来调节它们接收到的电磁波。当纤维靠得更近时，它们所受到的辐射就会发生变化。在服装中，这意味着面料与人体散发的热量相互作用。根据调节的不同，这种织物要么阻挡红外辐射，要么允许它通过。这种反应几乎是瞬间产生，所以在人们意识到自己变热之前，衣服就已经在给他们降温了。在另一方面，当一个物体冷却下来，动态门机制在反向工作，以捕捉热量。这篇论文的另一位通讯作者，UMD的物理学教授闵欧阳说：人体是一个完美的散热器。纵观历史，调节散热器的唯一方法就是脱掉或穿上衣服，但这种结构是真正的双向调节器。根据《科学》的这篇论文，这是首次证明纺织品能够调节与环境的热交换。
马里兰大学化学和生物化学教授王玉皇(左)和物理学教授欧阳民拿着他们的新织物的样本，可以自动调整其绝缘性能，以加热或冷却人体。图片：Faye Levine, University of Maryland德克萨斯大学(University of Texas)化学教授雷·鲍曼(Ray Baughman)说：这项开拓性研究工作为调节舒适的衣服提供了一种令人兴奋的新特性，纺织品会随着汗液或温度的升高而增加孔隙度，同时纺织品也会传输与体温相关的红外辐射。然而之前还没有人找到一种方法来改变纺织品的孔隙度和红外透明度，从而根据环境条件提供更多的舒适性。在这种织物商业化之前还需要做更多的工作，但据研究人员称，用于基纤维的材料很容易获得，而且在标准染色过程中很容易添加碳涂层。能够将这种‘门控’现象应用到一种能够改善服装和其他面料功能的纺织品开发中，非常令人兴奋。
博科园-科学科普｜研究/来自: 马里兰大学参考期刊文献:《科学》
博科园：本文为材料科学类尽管几十年来，高科技热性能面料不断创新，使马拉松运动员保持凉爽或高山徒步旅行者保持温暖，但从来没有一种材料能根据环境的变化改变其绝缘性能。直到现在，马里兰大学的研究人员发明了一种可以自动调节穿过它热量的织物。在温暖潮湿的环境下，比如在出汗的身体附近，织物允许红外辐射(热量)通过。当天气变得凉爽干燥时，织物会减少散发的热量。这一进展发表在2019年2月8日的《科学》上。研究人员用涂有导电金属的特殊工程纱线制成这种织物。在湿热的条件下，纱线会收缩并激活涂层，从而改变织物与红外辐射的相互作用方式。研究人员把这种作用称为红外辐射的“门控”，它作为一个可调谐的盲板来传输或阻挡热量。
博科园-科学科普：UMD的化学和生物化学教授王玉煌(音译)说：这是第一项允许我们动态屏蔽红外辐射的技术。这种新型纺织品的底纱是由两种不同的合成材料制成的纤维制成，一种材料吸水，另一种材料防水。碳纳米管是一种特殊的轻质碳基导电金属。因为纤维中的物质既能抵抗水分又能吸收水分，所以当纤维暴露在潮湿的环境中，比如出汗的身体周围，纤维就会发生翘曲。这种变形使纱线更紧密地结合在一起，这有两个作用。首先打开织物上的毛孔，这有一个小的冷却效果，因为它允许热量逃逸。其次，也是最重要的一点，它改变了涂层中碳纳米管之间的电磁耦合。可以把这种耦合效应想象成无线电天线的弯曲，从而改变与之共振的波长或频率。
这种由马里兰大学科学家王玉皇和欧阳民研发的新面料是第一种根据条件自动改变性能以捕捉或释放热量的纺织品。图片：Faye Levine, University of Maryland这是一种非常简单的思考方式，但是想象一下把两个天线靠得很近来调节它们接收到的电磁波。当纤维靠得更近时，它们所受到的辐射就会发生变化。在服装中，这意味着面料与人体散发的热量相互作用。根据调节的不同，这种织物要么阻挡红外辐射，要么允许它通过。这种反应几乎是瞬间产生，所以在人们意识到自己变热之前，衣服就已经在给他们降温了。在另一方面，当一个物体冷却下来，动态门机制在反向工作，以捕捉热量。这篇论文的另一位通讯作者，UMD的物理学教授闵欧阳说：人体是一个完美的散热器。纵观历史，调节散热器的唯一方法就是脱掉或穿上衣服，但这种结构是真正的双向调节器。根据《科学》的这篇论文，这是首次证明纺织品能够调节与环境的热交换。
马里兰大学化学和生物化学教授王玉皇(左)和物理学教授欧阳民拿着他们的新织物的样本，可以自动调整其绝缘性能，以加热或冷却人体。图片：Faye Levine, University of Maryland德克萨斯大学(University of Texas)化学教授雷·鲍曼(Ray Baughman)说：这项开拓性研究工作为调节舒适的衣服提供了一种令人兴奋的新特性，纺织品会随着汗液或温度的升高而增加孔隙度，同时纺织品也会传输与体温相关的红外辐射。然而之前还没有人找到一种方法来改变纺织品的孔隙度和红外透明度，从而根据环境条件提供更多的舒适性。在这种织物商业化之前还需要做更多的工作，但据研究人员称，用于基纤维的材料很容易获得，而且在标准染色过程中很容易添加碳涂层。能够将这种‘门控’现象应用到一种能够改善服装和其他面料功能的纺织品开发中，非常令人兴奋。
博科园-科学科普｜研究/来自: 马里兰大学参考期刊文献:《科学》