姓名：傅高鳴 學(xué)號(hào)：16140288007

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【嵌牛導(dǎo)讀】：衣服這種古老的發(fā)明毒涧，對(duì)于人類(lèi)的重要作用毋庸置疑贮预。不過(guò)，有趣的是盡管衣服的材料不斷地更新，但它們的基本作用也從來(lái)都沒(méi)有變過(guò)仿吞，那就是：減少散熱滑频，增加體表溫度。然而如今情況有了轉(zhuǎn)機(jī)茫藏。

【嵌牛鼻子】：納米控溫布料

【嵌牛提問(wèn)】：這種納米材料是如何實(shí)現(xiàn)控制溫度的误趴？

【嵌牛正文】：

近日，著名華裔科學(xué)家崔屹領(lǐng)銜的一支斯坦福大學(xué)材料科學(xué)研究團(tuán)隊(duì)务傲，發(fā)表了一項(xiàng)極富想象力的研究成果——一款擁有神奇功效的全新“布料”：貼身穿著時(shí)，它不需要任何外界能量輸入枣申，就可以調(diào)節(jié)人體向外輻射熱量的多少售葡；正面穿著時(shí)，可以幫助人體保溫忠藤，而如果“里面朝外”翻過(guò)來(lái)穿挟伙，竟然會(huì)幫助人體散熱！

該團(tuán)隊(duì)稱模孩，這項(xiàng)發(fā)明有望將體感溫度的舒適區(qū)間擴(kuò)大 14.7°C 之多尖阔，從而讓人在很大的溫度范圍內(nèi)都保持舒適，更會(huì)顯著降低大量的建筑物制冷/制熱能耗榨咐。

衣服這種古老的發(fā)明介却，對(duì)于人類(lèi)的重要作用毋庸置疑。不過(guò)块茁，有趣的是齿坷，從獸皮、樹(shù)葉開(kāi)始数焊，到絲綢永淌、棉布、化學(xué)纖維佩耳，盡管衣服的材料不斷地更新遂蛀，但它們的基本作用也從來(lái)都沒(méi)有變過(guò)，那就是：減少散熱干厚，增加體表溫度李滴。

進(jìn)入到現(xiàn)代社會(huì)，人類(lèi)發(fā)明了空調(diào)萍诱、暖氣等一系列設(shè)備悬嗓，以保證室內(nèi)的人們?cè)诖┲m量衣物的情況下，就可以維持合適的體感溫度裕坊。這個(gè)我們已經(jīng)習(xí)以為常的任務(wù)包竹，事實(shí)上消耗著大量的能源。以美國(guó)為例，建筑物為了維持合適溫度所消耗的能源周瞎，高達(dá)全社會(huì)總能耗的 12%苗缩。

我們可能也從未覺(jué)得這么做有什么不妥。直到斯坦福大學(xué)的崔屹團(tuán)隊(duì)發(fā)明出了一種神奇的材料：“人體輻射式加熱/制冷雙纳睿織物”酱讶。說(shuō)是“織物”，但它并不是用什么纖維織起來(lái)的彼乌，而是由納米材料制成的泻肯。

這種貼身穿著的神奇“布料”不依賴制冷劑，也不用需要暖寶寶里鐵粉的氧化反應(yīng)慰照，只需厚度為幾十微米的薄薄一層灶挟，就可以實(shí)現(xiàn)被動(dòng)式的輻射換熱：正面穿，可以最大限度減少人體對(duì)外的熱輻射毒租，實(shí)現(xiàn)體表保溫稚铣；反面穿，最大限度增加人體對(duì)外輻射墅垮，比常規(guī)衣物明顯涼快得多惕医。

圖 | 崔屹團(tuán)隊(duì)研發(fā)出來(lái)的“布料”貼身穿著時(shí)的示意圖

這塊布料為什么會(huì)這么神奇呢？這要從人體維持體溫的原理說(shuō)起算色。

作為一種恒溫動(dòng)物抬伺，人是通過(guò)體內(nèi)產(chǎn)熱和體表散熱的動(dòng)態(tài)平衡來(lái)維持合理的體溫的。所謂的體內(nèi)產(chǎn)熱剃允，就是通過(guò)類(lèi)似于燃燒燃料的方法沛简，消耗葡萄糖等能量物質(zhì)產(chǎn)生熱量；而散熱則包括熱傳導(dǎo)斥废、對(duì)流換熱和輻射換熱三種形式椒楣。

其中，人體靜止時(shí)牡肉，有 40%-60% 的散熱量是通過(guò)向外輻射紅外線實(shí)現(xiàn)的捧灰。當(dāng)周?chē)沫h(huán)境溫度低于人體溫度時(shí)，人體便可以把熱量以電磁波（主要是紅外線）的形式向外輻射统锤。

因此毛俏，在維持體溫的動(dòng)態(tài)平衡中，如果輻射的熱量大于體內(nèi)產(chǎn)熱饲窿，人就會(huì)降溫煌寇；而如果輻射的熱量小于體內(nèi)的產(chǎn)熱，則會(huì)升溫逾雄。

而輻射量的高低阀溶，主要取決于“輻射率”腻脏。輻射率是一個(gè)物體表面的固有屬性，輻射率高银锻，輻射出的能量就多永品；而輻射率低，通過(guò)熱輻射帶走的能量就少击纬。因此鼎姐，如果可以控制輻射率，讓它在需要放熱的時(shí)候變高更振，需要降溫的時(shí)候變低炕桨，就可以改變?nèi)梭w對(duì)外輻射熱量的多少，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)衣物幫助人體保溫還是散熱的調(diào)控殃饿。崔屹團(tuán)隊(duì)的神奇發(fā)明谋作，利用的就是輻射率決定輻射量、而輻射量決定體表是升溫還是降溫的原理乎芳。

崔屹團(tuán)隊(duì)發(fā)明的“布料”——人體輻射式加熱/制冷雙模織物（dual-mode textile for human body radiative heating and cooling帖池，簡(jiǎn)稱雙哪位螅織物），總共由三種材料構(gòu)成：

在上下兩層睡汹，為對(duì)紅外波段的熱輻射幾乎“透明”的納米聚乙烯基底肴甸。兩層納米聚乙烯中間，夾著一個(gè)雙層輻射體囚巴，由輻射率超高的碳薄層原在，和輻射率超低的銅薄層組成。

圖丨相對(duì)粗糙和多孔的碳層有著很高的輻射率

圖丨相對(duì)光滑的銅層輻射率就要低很多

由于貼身穿著彤叉，不管任何織物庶柿，貼著皮膚的內(nèi)層主要的傳熱方式是熱傳導(dǎo)。因此秽浇，內(nèi)層材料的輻射率對(duì)織物整體的輻射率幾乎沒(méi)有影響——織物的輻射率主要取決于織物的外層材料浮庐。大部分的常規(guī)衣服面料的輻射率都在 0.8 左右，這個(gè)數(shù)字意味著它們只能以固定的散熱量來(lái)為人體提供保溫：

在雙募砘溃織物的雙層輻射體中审残，碳層的輻射率高達(dá) 0.9（輻射率的理論上限為 1），意味當(dāng)它朝外時(shí)斑举，輻射散失的熱量會(huì)大于體內(nèi)的產(chǎn)熱搅轿，從而導(dǎo)致體表溫度的下降：

而銅層的輻射率則只有 0.3。因此富玷，當(dāng)這一層朝外時(shí)璧坟，輻射散失的熱量會(huì)小于體內(nèi)的產(chǎn)熱既穆，從而起到比常規(guī)織物好得多的保溫效果：

為了驗(yàn)證雙模織物的效果沸柔，研究人員做了如下的實(shí)驗(yàn)：

在 22.0°C 的環(huán)境溫度下循衰，一個(gè)用來(lái)模擬人體體表的電加熱器以 51 W/m2 的功率產(chǎn)生著熱量。當(dāng)加熱器“穿”上一件普通針織衫的時(shí)候褐澎，其表面溫度（模擬衣服下面的人體體表溫度）為 36.9°C会钝。換上雙模織物后工三，碳層朝外時(shí)迁酸，其溫度下降到了 33.8°C，比普通織物低了 3.1°C俭正；而當(dāng)銅層朝外時(shí)奸鬓，溫度升高到了 40.3°C，比普通織物高出 3.4°C掸读！不同穿著方式造成的溫差高達(dá) 6.5°C串远！

事實(shí)上，在去年儿惫，崔屹團(tuán)隊(duì)就已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了使用納米多孔聚乙烯制作可以降溫的織物澡罚。但用同一塊布，正反面穿著卻有著不同的效果肾请，這還是第一次留搔。他們的成果已經(jīng)于近日發(fā)表在了《SCIENCE ADVANCES》雜志上。對(duì)于崔屹團(tuán)隊(duì)來(lái)說(shuō)铛铁，這不過(guò)是他們發(fā)表的又一篇頂級(jí)期刊論文隔显，但對(duì)于紡織業(yè)、服裝業(yè)來(lái)說(shuō)饵逐，卻可能是具有特殊意義的一次技術(shù)突破括眠。

首先，這是一件不需要消耗額外能源梳毙、不需要精密自動(dòng)化控制哺窄，卻可以實(shí)現(xiàn)“全天候”保持溫度舒適任務(wù)的衣服。不論是早上的陰冷還是溫暖的午后账锹，它都可以提供全時(shí)段萌业、全溫段的服務(wù)，而不用總是“及時(shí)增減衣物”奸柬，或糾結(jié)于“二四八月亂穿衣”生年。當(dāng)然啦，崔屹團(tuán)隊(duì)表示廓奕，如果配合上帶有電源的可穿戴設(shè)備抱婉，他們可以讓衣服變得更加智能档叔、可控。

其次蒸绩，這還是一種廉價(jià)的技術(shù)衙四。其中用量最大的材料聚乙烯，是非常常見(jiàn)的日常材料患亿，常用于制作保鮮膜传蹈、食品包裝等日用品。

也許在未來(lái)步藕，我們就不用消耗那么多能源去維持所有的室內(nèi)溫度了惦界。人人只需要穿著薄薄的一件衣服，就可以完美維持體表的溫度和濕度咙冗。這種有些科幻片都不一定敢想象的場(chǎng)景沾歪，正在被科學(xué)家們變成現(xiàn)實(shí)。

但在那一步前雾消，崔屹他們的神奇布料要克服的實(shí)際應(yīng)用障礙還有很多灾搏。比如，他們尚不能對(duì)濕度進(jìn)行調(diào)節(jié)立润。還有确镊，作為一件衣服，雙姆渡荆織物需要證明自己足夠耐磨、耐洗拷肌。最后到旦，大家剁手買(mǎi)衣服的時(shí)候，溫度的需要經(jīng)常讓位給風(fēng)度巨缘。戶外衣物的面料科技含量再高添忘，銷(xiāo)量最好的面料還是純棉、毛料等傳統(tǒng)質(zhì)地若锁。

不過(guò)搁骑，時(shí)尚的潮流總是說(shuō)變就變，或許過(guò)不了多長(zhǎng)時(shí)間又固，微米級(jí)別厚度颊乘、可以同時(shí)御寒和散熱管宵、甚至可以精確調(diào)控溫度的衣服，實(shí)現(xiàn)科技與時(shí)尚的完美統(tǒng)一。