文/保蓉

美國(guó)斯坦福大學(xué)的研究人員近期研發(fā)出一種可逆的布料，無(wú)論天氣如何，均無(wú)需耗費(fèi)精力更換衣物，并能保持皮膚舒適的溫度。美國(guó)《科學(xué)進(jìn)展》（Science Advances）雜志上的一篇論文陳述道，材料科學(xué)與工程教授領(lǐng)導(dǎo)的一個(gè)小組，基于與日常廚房包裝材料相同的材料制成了雙面織物，織物既可保暖也可降溫，這取決于衣服哪一面露在外面。

源自廚房包裝材料的研發(fā)

該項(xiàng)目得益于科學(xué)家對(duì)能源效率的興趣以及在處理納米材料方面的專(zhuān)業(yè)知識(shí)。人們?nèi)裟茉跍囟确秶鷥?nèi)保持舒適，就可節(jié)省空調(diào)和中央供暖的能源。為控制人體體感溫度，為什么要給整棟樓降溫供暖呢？衣服為什么不能讓每個(gè)人都感到?jīng)鏊驕嘏兀窟@一問(wèn)題觸發(fā)了科學(xué)家的思考。

美國(guó)所消耗的能源有13%是僅僅用于室內(nèi)溫控。溫度每升高1℃，一個(gè)恒溫器就節(jié)省高達(dá)10%的熱能，反之亦然。也就是說(shuō)僅僅調(diào)高幾度室溫就會(huì)對(duì)能源消耗產(chǎn)生重大影響。

人體有很多控制體感溫度的方法。當(dāng)天氣寒冷時(shí)，皮膚上的毛發(fā)就會(huì)突出捕捉暖氣；我們可能冷得發(fā)抖，在肌肉中產(chǎn)生更多的輻射熱。當(dāng)熱時(shí)，皮膚會(huì)釋放熱量，仍然感到熱，人體就會(huì)出汗，水從我們體內(nèi)蒸發(fā)帶走了大量的熱量。但這些機(jī)制只在一定程度上起作用。在溫度范圍之外，身體可以適應(yīng)，可以接觸到暖氣或空調(diào)。

早在2016年，斯坦福大學(xué)團(tuán)隊(duì)就宣布了該項(xiàng)解決方案的第一步：讓體熱給皮膚降溫。雖然它們的靈感來(lái)自透明的、不透水的廚房包裝，但新材料卻不透明、透氣，而且還保留了從身體輻射紅外線(xiàn)的能力。在實(shí)驗(yàn)室條件下，他們將其與棉花樣品相比較，發(fā)現(xiàn)測(cè)試品的溫度低于人造皮膚溫度2℃，這足以避免讓人使用風(fēng)扇或恒溫器。該團(tuán)隊(duì)經(jīng)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，他們研發(fā)的第一種紡織品即可節(jié)省建筑工人20%～30%的能源預(yù)算。

可逆方法的研發(fā)進(jìn)展

就在我們計(jì)算出冷卻時(shí)間時(shí)，問(wèn)題來(lái)了：能給自身加熱嗎？這是一個(gè)特別寒冷的冬天，接受測(cè)試的人卻要去美國(guó)冰天雪地的明尼阿波利斯開(kāi)會(huì)，隨身攜帶一大袋衣物。能不能創(chuàng)造一件衣服，讓他在擁擠的會(huì)議室里，在結(jié)霜的街道上發(fā)揮作用呢?

研究人員意識(shí)到控制輻射可雙向作用。因此堆疊兩層不同的材料，以釋放熱能，然后將其夾在冷卻的聚乙烯層間。在一面，銅涂層在聚乙烯層和皮膚之間捕捉熱量；另一面，碳涂層在另一層聚乙烯中釋放熱量。在銅涂層外，材料在涼爽時(shí)吸收熱量并使皮膚變暖。隨著碳涂層面朝外，它釋放熱量，使穿著者保持涼爽。

結(jié)合夾芯材料可增加人的舒適溫度范圍在－12℃左右，據(jù)預(yù)測(cè)，它潛在的范圍要大得多——接近－3.9℃。居民穿著這樣的紡織品，在一定氣候條件下，建筑物根本不再需要空調(diào)或中央暖氣了。

最實(shí)用的聚合物纖維

該團(tuán)隊(duì)表示，這種白色布料還不太適合人穿。理想的情況是，當(dāng)我們接觸到你想要穿在皮膚上的布料時(shí)，需要把它做成纖維編織結(jié)構(gòu)，因?yàn)榧徔椕媪细鼜?qiáng)，更有彈性，更舒適，看起來(lái)更像傳統(tǒng)服裝。他們已開(kāi)始測(cè)試，以確保這類(lèi)織物能洗滌。

這項(xiàng)研究工作確實(shí)突出了將熱工程概念與納米光子結(jié)構(gòu)結(jié)合在一起，創(chuàng)造新功能的重大機(jī)遇。該團(tuán)隊(duì)的目標(biāo)是制造一種易于制造、實(shí)用的紡織品，可在世界各地節(jié)省大量能源。研發(fā)團(tuán)隊(duì)也不會(huì)就此止步，還會(huì)廣泛試驗(yàn)以應(yīng)用于醫(yī)療器械，專(zhuān)家們甚至想象出，在設(shè)施布料上印刷出令人愉快的圖案，以使穿著者心情愉悅。該項(xiàng)目直接由美國(guó)能源部高級(jí)研究項(xiàng)目機(jī)構(gòu)能源局資助。