冬暖夏凉新织物研制成功

碳和铜的双层结构有助于新面料吸收和释放热量。图片来源:科学进步

根据我们的报纸，几乎没有什么衣服比两边都可以穿的衣服更没有吸引力了。然而，一组工程师现在已经发明了一种新的织物，可以制成最暖和的衣服或最凉爽的衣服。这种合成纤维能使穿着者感到温暖或凉爽，这完全取决于身体接触的是哪一侧。研究人员已经在尝试将这一前所未有的发明商业化，这将很快为穿戴者节省许多控制温度的麻烦和金钱。

在美国，供暖和制冷是大多数家庭最大的能源消耗，占家庭能源消耗的40%。因此，研究人员已经开始寻找其他控制温度的方法，比如穿衣服。

保暖衣服很简单——设计隔热材料，可以更好地捕捉身体自身的热量。然而，由于纺织品通常会吸收皮肤表面的热量，因此很难冷却衣服。最近的一个策略是制造一种对人体产生的红外辐射透明的材料——以这种方式损失的热量占人体热量的40%到60%，这样热量就可以释放到周围环境中。

今天，加州帕洛阿尔托斯坦福大学的材料科学家崔屹和他的同事将隔热和红外处理结合成一种分层的织物，可以根据穿着者接触的不同面加热或冷却。

这种45微米厚的材料主要由聚乙烯制成，聚乙烯是一种便宜的塑料。在这种情况下，它充满了纳米大小的孔。这种纳米聚乙烯可以阻挡可见光，所以它是不透明的，就像聚乙烯塑料薄膜一样。但它能让体内的红外线通过。

而夹在聚乙烯中间的是两部分材料——纳米聚乙烯涂层在一侧覆盖有能够吸收(和释放)红外的碳层，在另一侧覆盖有只能吸收和释放少量红外的超薄铜层。

至关重要的是，这种双层结构并不位于布料的中间，而是更靠近一边。当双层结构靠近皮肤时，碳层在外面。当它从身体吸收热量时，它会将热量散发回周围的空气中，给穿着者降温。内层铜层阻止它向皮肤散热。

但是如果衣服翻过来，双面会离身体更远。这可以防止碳层从皮肤吸收过多的热量。最终，无论来自身体的热量被吸收还是被再辐射，它都将被现在位于外部的铜层反射回皮肤，从而有效地捕获来自身体的热量。

换句话说，如果将这种材料制成衣服，衣服会自动积累热量，并在寒冷的冬天保持皮肤温暖，镀铜层朝外。如果是大热天，让碳涂层出来，衣服会自动释放热量给人体降温。

崔屹和他的同事在11月10日出版的《科学进步》杂志上报道说，这项技术工作得非常好，根据他们的穿着方式，产生6.5摄氏度的温差。这足以让恒温器在冬天变低，在夏天变高，但它仍然能让大楼里的每个人都感到舒适。更重要的是，计算机建模表明，进一步的改进应该能够使温度波动增加一倍以上。

"这是一篇令人兴奋的论文。"剑桥麻省理工学院的机械工程师伊芙琳·王说:“我认为这是一个完美的概念，非常简单。”与其他热调节技术不同，这种材料依靠被动加热和冷却效果，这意味着它不需要外部电源来完成工作，这将使生产和维护更加容易。

这项研究由美国能源部下属的一个研究机构资助。研究人员表示，虽然这种新材料不能立即用于服装制造，但它具有显著的节能效果和广阔的应用前景。

崔屹和他的同事已经开始努力将这项技术商业化，并计划在未来几年内成立一家公司将其推向市场。崔屹说碳层和铜层很薄，就像聚乙烯一样，所以它们应该很便宜。然而，未来的织物将不得不克服其他实际障碍，如洗涤后的耐用性和稳定性。(赵茜·Xi)

中国科学新闻(2017-114，第二版国际)