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

生物世界最重磅、最前沿、最有趣的生命科学研究进展关注他1 人赞同了该文章

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。

美国马里兰大学Science论文：首个可以根据环境自动调温的织物诞生！2019-02-12  来源：科技工作者之家关键词：织物 调温

  几十年来，虽然高科技热性能面料一直处于不断创新中，它能使马拉松运动员保持凉爽或使登山者维持体温，但从未有一种材料能根据环境条件的变化而改变自身热性能。

  《科学》（Science）杂志2月9日报道，美国马里兰大学（University of Maryland）的研究人员发明了首种可以自动调节热量的织物——在温暖潮湿的环境下，例如身体出汗区域，织物允许红外辐射(热量)通过，从而有效散失热量。当天气变得凉爽干燥时，织物则会减少热量的散失。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。研究人员将织物的这种作用称为红外辐射的“门控”。论文通讯作者、马里兰大学化学和生物化学系王育煌（YuHuang Wang）教授说：“这是第一项动态控制红外辐射的技术。”

  新型织物的底纱是由两种不同的合成材料制成的纤维组成的，其中一种材料吸水，另一种材料防水。纱线表面由碳纳米管涂层所覆盖。由于纤维材料既疏水又吸水，当其暴露在潮湿环境中时，纤维就会出现翘曲现象。这种变形效果会使纱线更紧密地结合在一起，进而产生两种作用效果。首先，它会打开织物上的孔隙，使热量更容易散失，形成微弱的冷却效应。其次，它改变了涂层中碳纳米管之间的电磁耦合。王育煌教授说：“你可以把这种耦合效应简化想象成无线电天线为了达到共振而产生的弯曲。当纤维收缩时，辐射通量就会发生变化。”织物的调节反应几乎是在瞬间发生的，因此在人们意识到自己太热之前，衣服就已经在给他们降温了。与此相对应，当人体温度降低时，动态门控又会进行反向运作以捕捉热量。

  论文通讯作者、马里兰大学物理系欧阳敏（Min Ouyang）教授说：“人体是一个完美的散热器。纵观历史，调节人体温度的唯一方法似乎只有穿脱衣物。我们设计的新型织物是真正意义上的双向调节器。”德克萨斯大学(University of Texas)化学系教授Ray Baughman认为这项工作为调节衣物的舒适性提供了新思路。

  虽然这项研究距离商业化还比较遥远，但研究人员表示，新织物的两大优势不容小视：纤维材料很容易获得，而且能在标准染色过程中添加碳纳米管涂层。欧阳敏教授说：“我认为，能够将这种‘门控’现象应用到服装面料性能的改善工作中是一件令人非常兴奋的事情。”

  论文链接：http://science.sciencemag.org/content/363/6427/619