由可翻轉(zhuǎn)面料制成的衣服可以使穿著者保暖或涼爽并保持舒適

斯坦福大學(xué)的研究人員開發(fā)出一種可逆面料，無需花費(fèi)精力或能量，無論天氣如何，都能讓肌膚保持舒適溫度。

由材料科學(xué)與工程教授Yi Cui領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)創(chuàng)??造了一種基于與日常廚房包裝相同材料的雙面面料。他們的面料可以溫暖或冷卻穿著者，取決于哪一面朝外。

該項(xiàng)目源于崔對(duì)能源效率的興趣以及他在操縱納米材料方面的專業(yè)知識(shí)。他認(rèn)為如果人們?cè)谝欢囟确秶鷥?nèi)感覺更舒服，他們可以節(jié)省空調(diào)和集中供暖的能量。

“為什么你需要為整棟建筑降溫和加熱?為什么不冷卻和加熱個(gè)別人?” 崔問道。

美國(guó)消耗的所有能源中有13%僅用于室內(nèi)溫度控制。但是，對(duì)于恒溫器每調(diào)低1攝氏度(1.8華氏度)，建筑物可以節(jié)省高達(dá)10%的加熱能量，而冷卻則相反。將溫度控制調(diào)節(jié)幾度會(huì)對(duì)能耗產(chǎn)生重大影響。

冷卻廚房包裝

我們的身體有很多控制溫度的方法。天冷時(shí)，我們皮膚上的毛發(fā)能夠吸引暖空氣。最終，我們可能會(huì)開始顫抖，在肌肉中產(chǎn)生更多的輻射熱量。當(dāng)天氣炎熱時(shí)，我們會(huì)從皮膚上釋放熱量作為紅外線輻射，如果我們?nèi)匀粶嘏覀兙蜁?huì)開始出汗。遠(yuǎn)離我們身體的水蒸發(fā)帶來大量的熱量。但這些機(jī)制只在幾度內(nèi)有所幫助。超出我們的身體適應(yīng)的溫度范圍，我們到達(dá)加熱或空調(diào)的表盤。

2016年，該團(tuán)隊(duì)宣布了邁向解決方案的第一步：讓身體的熱量通過，冷卻皮膚的面料。雖然它們的靈感來自透明的，不透水的廚房包裝，但它們的新材料是不透明的，透氣的并且保留了將紅外輻射穿過身體的能力。與棉花樣品相比，他們的面料在實(shí)驗(yàn)室測(cè)試中保持人造皮膚2℃冷卻器 - 可能足以阻止人們接觸風(fēng)扇或建筑物恒溫器。該團(tuán)隊(duì)的第一批紡織品可以為建筑工人節(jié)省20%至30%的總能源預(yù)算。

可逆的進(jìn)步

“當(dāng)我們想出冷卻時(shí)，問題就出現(xiàn)了：你能加熱嗎?” 徐博士博士后說，他是最近一篇論文的第一作者。這是一個(gè)特別寒冷的冬天，他前往明尼阿波利斯舉行的會(huì)議，手提袋上裝滿了大衣。他可以在一個(gè)擁擠的溫暖的會(huì)議室和寒冷的街道上創(chuàng)造一件衣服嗎?

Hsu意識(shí)到控制輻射可以雙向工作。他堆疊了兩層具有不同能力的材料以釋放熱能，然后將它們夾在冷卻聚乙烯層之間。

一方面，銅涂層在聚乙烯層和皮膚之間捕獲熱量; 另一方面，碳涂層在另一層聚乙烯下釋放熱量。由于銅層面朝外，材料會(huì)在涼爽的日子捕獲熱量并使皮膚變暖。碳層面朝外，它會(huì)釋放熱量，使穿著者保持涼爽。

結(jié)合起來，夾層材料可以增加一個(gè)人超過10華氏度的舒適溫度范圍，而Hsu預(yù)測(cè)潛在的范圍要大得多 - 接近25華氏度。如果居民穿著這樣的紡織品，某些氣候下的建筑物可能永遠(yuǎn)不需要空調(diào)或中央供暖。

實(shí)用聚合物

該團(tuán)隊(duì)表示，白色織物尚不耐用。

“理想情況下，當(dāng)我們找到你想穿在皮膚上的東西時(shí)，我們需要把它變成纖維編織結(jié)構(gòu)，”崔說。編織紡織品更堅(jiān)固，更有彈性，更舒適，看起來更像典型的服裝。但好消息是：他們已經(jīng)開始測(cè)試，以確保他們的面料可機(jī)洗。

“從我的角度來看，這項(xiàng)工作確實(shí)突出了將熱工程概念與納米光子結(jié)構(gòu)相結(jié)合以創(chuàng)造新穎功能的重大機(jī)遇，”參與這項(xiàng)工作的電氣工程教授范珊輝說。

該團(tuán)隊(duì)的目標(biāo)是創(chuàng)造一種易于制造，實(shí)用的紡織品，人們可以用它來節(jié)省全世界的大量能源。而且他們并沒有就此止步 - 崔，徐和范設(shè)想帶有醫(yī)療設(shè)備的服裝，甚至還有娛樂印在面料上。

“我認(rèn)為我們只看到許多創(chuàng)意可以從這種組合中出現(xiàn)，”范說。