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近日消息，美国马里兰大学的研究人员创造了一种能够自动调节通过其热量的织物。当外界环境条件温暖和潮湿时，例如在夏天出汗的情况下，织物允许红外辐射（热量）散出。当外界环境条件变得更凉爽和干燥时，织物会减少散发的热量。2019年2月8日的《Science》杂志报道了这一研究。
尽管技术人员在具有高科技热性能的织物上进行了数十年的创新，可以使马拉松运动员保持凉爽或使高山徒步旅行者保持温暖，但截止到目前，还从未有过改变自身隔热性能以响应环境变化的材料诞生。
近日消息，美国马里兰大学的研究人员创造了一种能够自动调节通过它的热量的织物。当外界环境条件温暖和潮湿时，例如在夏天出汗的情况下，织物允许红外辐射（热量）通过。当外界环境条件变得更凉爽和干燥时，织物会减少散发的热量。2019年2月8日的“科学”杂志报道了这一研究。
研究人员用涂有导电材料的特殊功能纱线制作了这种面料。在炎热、潮湿的条件下，纱线束紧致并激活涂层，这改变了织物与红外辐射相互作用的方式。他们将这种功能称为红外辐射的“门控”，通过这扇“门”的打开和闭合，可以调节传输或阻挡热量。
“这是第一次我们可以动态的控制材料的红外辐射的技术，”马里兰大学化学和生物化学教授YuHuang Wang表示，他是指导该研究的论文作者之一。
这种新纺织品的基础纱线是由两种不同的合成材料制成的纤维：一种吸水，另一种疏水。这些纱线表面涂有碳纳米管涂层，这是一种特殊的轻质碳基导电材料。因为这种纤维材料既能吸水又能疏水，所以当它暴露于诸如出汗的人体周围的湿气时，纤维会弯曲，这种变形使得纱线更紧密地结合在一起，这有两个作用：首先，打开织物中的毛孔，产生小的冷却效果，因为它允许热量散出。其次，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。
这是一种非常简单的方式，可以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。
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。
“我认为能够将这种门控现象应用于能够改善服装和其他面料功能的纺织品的开发是非常令人兴奋的，”欧阳说。
文章信息：
Dynamic gating of infrared radiation in a textile
Science 08 Feb 2019:
Vol. 363, Issue 6427, pp. 619-623
DOI: 10.1126/science.aau1217
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