人體與環境的熱交換有超過40%是通過紅外輻射進行的,然而,無論是我們的皮膚還是構成服裝的紡織品,都不能依據環境的變化動態地控制這種紅外輻射。
鑒于此,馬里蘭大學王育煌、歐陽敏團隊用涂有少量碳納米管的特殊設計纖維制成紡織品,這種紡織品在不同的環境條件下顯示出很好的紅外輻射“門控”效應:在炎熱和潮濕的條件下,織物中的紗線發生變形并緊密地結合在一起,縮小了紗線中導電材料之間的距離,增強了導電材料之間的電磁耦合,產生共振電磁耦合效應,使紡織品的輻射率更好地匹配人體的熱輻射,允許紅外輻射(熱量)通過。
同時,紗線的收緊直接提高了紡織品的孔隙率,有利于人體和環境之間的對流和蒸發等傳統的熱交換,協同增強了智能織物的紅外輻射“門控”效應。
當外界條件變得更涼爽和干燥時,織物中的紗線以相反的方式對環境做出響應,阻擋人體熱量的散失。
這一研究成果使人體通過紡織品動態地“打開”和“關閉”紅外輻射“門”從而實現人體溫度的自適應調控成為可能,可能導致具有熱管理能力的可穿戴設備的突破,從而降低建筑供暖和制冷的能源成本,或提高人類在苛刻環境中生存的能力。
相關研究成果“Dynamic gating of infrared radiation in a textile”發表于Science, DOI: 10.1126/science.aau1217。
Zhang X A, Yu S, Xu B, et al. Dynamic gating of infrared radiation in a textile[J]. Science, 2019, 363(6427): 619-623.
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