《科学画报》
开博时间：2016-07-01 14:43:00由中国科学社于1933年8月创刊，距今已有80年的历史。《科学画报》在80年的办刊历程中，形成了通俗生动、图文并茂地介绍最新科技知识，形式多样地普及科学技术的特点，对提高广大群众的科学水平，启发青年爱好科学、投身科学事业起了很大的作用，当今的不少著名学者、教授、科学家，青少年时代都曾受到它的熏陶和启发。
随身“空调”
2022-08-07 23:27:00炎炎夏日，要是能把空调随身携带该多好呀！其实，这个愿望已经实现了。2021年，就有科学家研发了在阳光直射的室外环境下可无源使用的随身“空调”——无源制冷光学超材料织物（Metafabric），以实现高效的户外个人热管理。
随身“空调”的原理
人体热量从皮下组织传导到皮肤，再通过衣物向周围环境散发热量，从而维持动态热平衡和相对稳定的体温。因此，通过衣物进行个人热管理是维持人体个性化热舒适需求的有效方法。近年来基于辐射热调节的织物吸引了越来越多学术界和产业界的关注。
由于人体红外辐射范围（7~14微米）与大气透明窗口（8~13微米）重叠，人体的热辐射可以直接通过大气透明窗口向外太空辐射制冷，从而实现零能耗的降温。所以利用人体所穿戴织物进行辐射制冷可显著提高人体热舒适且不需要任何外部能量输入，是传统耗能热管理技术极具潜力的替代及补充方案。不过，目前织物结构的光谱调控主要集中在8~13微米，这虽然能满足热学调控功能上的基本要求，但是对太阳辐射波段贫瘠的调控能力让这类织物在户外阳光直射的炎热环境下难以实现有效的热调控。
华中科技大学陶光明研究团队将光学超材料技术与批量纤维制备技术相结合，选用绿色环保、生物可降解的聚乳酸为纤维原料，引入特定波段光学新特性，获得了均匀连续的超材料纤维。在此基础上，进一步利用成熟纺纱织造和层压技术制备的超材料织物在太阳辐射波段（0.3~2.5微米）具有92.4%反射率，在中红外大气窗口波段（8~13微米）具有94.5%反射率。
这种光学随机超材料织物根据织物空间结构、纤维结构以及纤维内部微纳结构进行分级，不同的级次分别响应不同波段，优化了光谱响应的效率，同时有效避免了不同波段光谱的串扰，从而实现了对整个0.3~25微米波段范围的高效光谱调控。
在研究团队进行的一次超材料织物与棉织物在人体皮肤表面降温性能对比测试中，志愿者身着左半边为棉织物、右半边为超材料织物的特制背心，直面强太阳辐射，在测试过程中用红外相机实时拍摄记录温度变化情况。穿衣前志愿者皮肤温度保持均匀，半小时后脱下背心，皮肤左右两边表面呈现出明显温差，超材料织物所覆盖的皮肤表面的温度相较于棉织物覆盖的皮肤表面温度可低3℃。
超材料织物可实现全天低于环境温度的日夜辐射制冷。在正午时段的模拟人体皮肤测试中，相较于同色的商用织物（棉、氨纶、雪纺、麻），超材料织物下的模拟皮肤温度可低5~7℃。在对汽车模型的降温测试中，覆盖超材料织物的模型内部温度相较于市售车罩可降温27℃，相较于无织物覆盖的模型可降温30℃。
这种织物有何优点
（1）环境友好、可降解
此技术对于热量失衡的地球而言具有重大意义，不仅可无源地满足人们对于户外场景的需求，还可以大规模量产，在生活和工作中无障碍地推广使用。同时，超材料织物的主要材料是环境友好且生物可降解的，这意味着即使在年产百万吨的情况下，也不会对环境造成负担。
（2）成本低
研究团队将新材料引入纤维内部，纤维成本仅增加10%左右，这意味着一件超材料织物成衣相较普通成衣的成本增加仅在1%左右，在这种极小的成本差异下却能带来优异的降温性能，可造福每个有防护降温需求的人。比如，用于防晒服、帐篷、汽车罩、伞等，保护任何暴露在天空下、受到阳光伤害的人和物体。超材料织物的主要目标人群包括运动员、警察、清洁工、快递员和医护工作者。
（3）让医护工作者具有更好的热舒适
为应对新冠肺炎疫情，全世界大量医护工作者穿戴闷热的口罩与防护服，为人们进行病毒检测和疫苗注射，白衣天使们为抗击疫情强忍不适。目前，研发团队已将超材料织物初步应用于口罩和防护服，与传统医用防护材料相比，防护用降温纺织品材料成功实现了户外的有效降温，进一步研发后有望在保持防护服防护的基础上让医护工作者具有更好的热舒适。
随身“空调”的研发过程
整个项目起源于2018年前后，陶光明教授最初思考如何在关系到国计民生的纺织业方面做一些科技创新的工作，后进一步与浙江大学马耀光教授开展合作，一起思考社会需求背后的科技创新需求：是否能够通过光的引导和操纵完成对微环境的热调控，从而实现高效热管理，赋予防晒衣全新的功能。
多单位的联合研究团队从辐射制冷原理和服用聚合物材料特性研究出发，对纺丝、纺纱、织造整个工艺流程进行探索和调控，以匹配纤维力学性能和织物服用性能的要求。在跨学科的交叉协同创新下，团队最终完成了从“一颗聚合物颗粒”到“一卷超材料面料”的长链条征程。
2020年11月中旬，研究团队完成了对超材料织物原理和实验的探索工作，并搭建了科学严谨的降温测试装置，在天津和武汉等地分别进行初步测试。
由于当时北方的气温和太阳辐照度已经不足以展现超材料织物的优异性能，团队将阵地转移到广州，后续又追着阳光去往美丽的西双版纳，验证了超材料织物在各个地域都能保持优异的降温性能。正式研发和测试过程历时1年左右，团队成员带着超材料织物走遍了中国的大江南北，在武汉、杭州、温州、苏州、无锡、天津、青岛、潍坊、广州、西双版纳等地进行实验和测试，集各方的支持与力量，最终完成这个创新工作。团队还进行了近30款知名品牌的防晒衣和凉感服的对比测试，同时对降温口罩的初步样品也进行了对比测试，相比之下超材料织物具有优异的性能，可以在多种场景中广泛应用。
超材料织物的制冷性能已经接近极限，要想在物理层面更进一步，或许需要考虑新物理规律、新的结构、新材料和新的设计。百尺竿头，团队下一步将竭尽所能投入到与新冠肺炎疫情的战斗中，致力于医护工作者的防护，同时努力与制造业合作，完成量产的重大任务，利用科技创新赋能产业升级，打造具有超高产业附加值特征的战略性新型产业。
京公网安备11010502039775号
