神奇的纳米多孔聚乙烯布料:让夏天更凉爽

作者: 漫科普

来源: 果壳网

发布日期: 2016-09-06

斯坦福大学研发了一种新型纳米多孔聚乙烯布料,这种材料在阻挡可见光的同时,能够让人体自身产生的热辐射轻松透过,从而在夏天提供更凉爽的穿着体验。该材料具有优异的散热性能和透气性,未来可广泛应用于衣物、帐篷、车辆遮阳罩等户外设施中,有助于减少空调使用,节约能源。

酷热的夏天依然余韵未消,在炎炎夏日,人们恨不得24小时与空调相伴,哪怕是轻薄的夏装,穿起来都嫌热。夏天的衣服,还能做得更凉快一些吗?最近,《科学》期刊上发表的一种新型布料或许能满足你的要求——它穿起来会比普通衣料要凉快得多。斯坦福大学的研究人员研发了这种超级“凉爽”的纳米多孔聚乙烯(NanoPE)布料。它可以达到与传统衣料相当的透气性和耐穿性,还能让人们在夏天保持更舒适的体表温度。

在模拟实验中,这种新材料显示出了优异的散热性能:在模拟皮肤发热的装置上覆盖NanoPE材料之后,表面温度只会上升0.8℃,而同样条件下,棉布(单面针织布)则会令温度增加3.5℃,而另外一种高密度聚乙烯纤维制成的无纺布材料也会令温度增加2.9℃。而凉爽的秘密在于,这种材料在阻挡可见光的同时,能够让人体自身产生的热辐射轻松透过。

使用了NanoPE的布料可以阻挡可见光(黄色),同时让人体产生的热辐射(红色)透过。棉布之类的普通布料可以通过织物上的“网眼”进行对流来散热,但是在热辐射方面,它们对于散热是不利的。人体不断向外散发着中红外线波段的热辐射,而一般的布料不仅会阻挡可见光,也会将这些热辐射截住。

而聚乙烯薄膜可以让红外光透过,但是直接用它来做衣服显然是不行的:它缺乏透气性,而且可见光也会透过去,人们总不能穿件全透明的衣服上街吧。而这一次,研究者们制造出了具有特殊的多孔微观结构的聚乙烯材料(NanoPE),这种材料在保留对红外光透过的同时,让聚乙烯也具备了做成衣料的潜力。在NanoPE材料中,分布着许多连通的孔隙,它们的直径从50 到 1000纳米不等。

这个孔隙的直径范围涵盖了可见光波长的范围(400~700 nm),因此它会让可见光发生明显的散射,这使得材料变得不透明,而且也减少了外界光照的升温作用。而同时,孔隙直径又远小于人体自身产生的红外热辐射波长(7~14 μm),因此,它依然对这些红外光保持着良好的透过率。测试显示,nanoPE材料可以让96%的红外热辐射穿透,而棉布只能允许1.5%透过。

其实,NanoPE最早是用在锂离子电池里作为隔离材料的。为了让它更适合穿着,研究人员对材料进行了更多改进。研究者们用聚多巴胺(PDA)涂层对散热材料进行了亲水性处理,这增加了NanoPE的毛细作用效果,这样它就能更好地排除汗水。而棉线网布的加入,也使得织物强度增加,变得更加耐用。于是,最终我们就得到了这款兼具散热性、透气性、排水性和耐穿性的凉爽布料。

未来,这款材料不仅可以用作散热极佳的衣料来加工各种衣物,还可以用在野外的帐篷,以及露天停放的车辆遮阳罩,甚至可以用在啤酒大棚等户外设施中。良好的散热也可以减少空调的使用需求,这对节约能源也很有好处。接下来,研究者们还需要改进这种材料的舒适度,并让它们变得足够经济。有了这种新布料,或许我们不必再整天开着空调,就可以拥有清凉的夏天了。

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