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》
DOI: 10.1126/science.aau1217
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