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一种具有自我调节热发射率的独特纺织面料

工程技术一种具有自我调节热发射率的独特纺织面料

第一种温度敏感纺织品已经问世,它可以调节我们身体与环境的热交换

我们的身体吸收或失去 以红外线辐射的形式。 在室温下,大约 40% 的心脏转移以这种方式发生。 人体是一个散热器,我们用衣服作为一种手段,使这种调节变得不同 面料 捕捉红外线辐射,通过调节温度让我们保持温暖或凉爽。 长期以来,科学家们一直希望开发一种织物,它也可以释放这种能量,而不仅仅是捕获它,从而使我们的身体保持被动凉爽。 然而, 纺织品 不响应外部环境发生的变化,因此不具备调节制冷和制热的能力。 我们人类应对环境温度变化的唯一方法是选择和穿着合适的衣服。

一种新的独特纺织品

美国马里兰大学的科学家们创造了一种创新面料,可以根据外部天气条件“自动”调节通过人体的热量。 这种织物由特殊设计的热敏纱线(聚合物纤维)制成,其股线充当热量(或红外线辐射)传输或阻挡的“门”。 这个“门”以一种非常独特的方式非常聪明地工作。 当室外天气炎热潮湿时,纤维的股线会收缩,纤维会塌陷,从而可以打开织物组织。 一旦“打开”,织物就会通过让我们身体散发的热量散失来激活冷却。 这让我们感觉更凉爽,因为织物还反射阳光。相反,当外面的天气相当干燥和寒冷时,纤维会膨胀并关闭或缩小间隙,以防止热量逸出,使人感到温暖。 因此,织物会根据外部环境条件实时动态地对红外辐射进行门控。

背后的技术

这种织物的新颖之处在于它的基纱由两种相反的市售合成纤维制成 物料、亲水性纤维素和疏水性三醋酸纤维,可吸水或排斥水。 通过类似于通常用于合成纤维工业染色的溶液染色的工艺,纤维束涂有导电金属——一种基于碳的轻质碳纳米管。 由于纤维的双重特性,当它暴露于潮湿条件(如湿度)时会发生翘曲。 涂层内碳纳米管之间的电磁耦合被修改,其作用类似于“调节开关”。 基于每次电磁耦合的这种变化,织物要么阻挡热量,要么允许热量通过。 穿着织物的人没有意识到这种潜在的活动,因为织物在一分钟内立即完成。 它可以自行感知一个人的热不适程度,并且可以随着皮肤下湿度水平的变化将辐射的热量改变 35%。

在实际实验中,该团队编织了一个 0.5 平方米的样本,以展示未来制造的可扩展性。 使用共聚焦荧光显微镜和织物的荧光染色样本实时捕获潮湿和干燥条件下纤维间距的变化。为了量化纤维性能,他们使用连接到湿度变化环境室的傅里叶变换红外光谱仪,其中包含一小块布料。 他们观察到这种织物可以实现 2% 的红外透射率相对变化。 在所有实验中,织物可以在不到一分钟的时间内有效地从冷却模式切换到加热模式。

和真衣服一样实用吗?

首次创造出一种新颖的面料,可以帮助人们在室外天气凉爽干燥时保持温暖,而在天气炎热潮湿时保持凉爽。 这确实很迷人! 该织物可以针织或染色,也可以以类似于其他运动服的方式洗涤。 可能需要更多的研究来使这种织物在日常使用中更加实用和有用。 研究人员希望在不久的将来与制造单位合作,生产由这种新型面料制成的服装。 这一发现发表在 科学 这种面料具有创新性和前景,可以为运动员、运动员、婴儿和老年人提供舒适感和正常服装的感觉。

***

{您可以通过单击下面引用来源列表中给出的 DOI 链接来阅读原始研究论文}

来源(S)

Zhang XA 等人 2019。纺织品中红外辐射的动态选通。 科学. 363(6427)。
http://doi.org/10.1126/science.aau1217

赛欧团队
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