热门资讯

让热浪来得更猛烈些！华中大“降温神器”登上《科学》

大学作者：华中科技大学 2021-07-10 17:06:34

“说到夏天，你的第一反应是什么？”

热҈热҈热҈热҈热҈。

出门5分钟，流汗2小时

热到快化掉的夏天

除了背心加短裤

还有什么能将凉意送达？

怕热的HUSTer快看过来

华中科技大学

武汉光电国家研究中心陶光明研究小组

和浙江大学马耀光研究小组

研发了一种可大批量制备的光学超材料织物

具有优异的日间辐射制冷能力

其成果得到《科学》（Science）关注

有了可以穿在身上、无源使用的随身“空调”

夏天再热也不怕！

7月9日，《科学》杂志在线发表了陶光明研究小组和浙江大学光电科学与工程学院马耀光研究小组合作的题为“Hierarchical-morphology metafabric for scalable passive daytime radiative cooling”的研究论文。此研究突破性地研发了一种具有形态分级结构(Hierarchical-morphology structure)、可大批量制备的光学超材料织物(Metafabric)，具有优异的日间辐射制冷能力，对实现高效的户外个人热管理具有重要意义。

陶光明教授（中间居左）和马耀光研究员（中间居右）

华中科技大学陶光明小组和浙江大学马耀光小组聚焦人民生活需求，颠覆传统制冷理念，基于与人们日常生活最密切不可分割的服装，研发了在阳光直射的室外环境下可无源使用的随身“空调”——无源制冷光学超材料织物（Metafabric），以实现高效的户外个人热管理，可为所有人降温。

你以为无源制冷光学超材料织物

只是凉快？

它的优点还有很多！

环境友好、可降解

此技术对于热量失衡的地球而言具有重大意义，不仅可无源地满足人们对于户外场景的需求，还可以大规模量产，在生活和工作中无障碍地推广使用，在不同国家与地区为不同肤色的人提供服务。同时，超材料织物的主要材料是环境友好且生物可降解的，这意味着即使在年产百万吨的情况下，也不会对环境造成负担。

成本仅为商品售价的十分之一

成本方面，一件成衣的制造成本价往往仅为商品售价的十分之一。研究团队将新材料引入纤维内部，纤维成本仅增加10%左右，这意味着一件超材料织物成衣相较于普通成衣的成本增加仅在1%左右，在这种极小的成本差异下却能带来优异的降温性能，可造福每个有防护降温需求的人。比如防晒服、帐篷、汽车罩、伞或保护任何暴露在天空下、受到阳光伤害的人和物体。超材料织物的主要目标人群包括运动员、警察、清洁工、快递员和医护工作者们。

让医护工作者具有更好的热舒适

为应对新冠肺炎疫情，全世界大量医护工作者穿戴闷热的口罩与防护服，为人们进行病毒检测和疫苗注射，白衣天使们为抗击疫情强忍不适。目前，研发团队已将超材料织物初步应用于口罩和防护服，与传统医用防护材料相比，防护用降温纺织品材料成功实现了户外的有效降温，进一步研发后有望在保持防护服防护的基础上让医护工作者具有更好的热舒适。零能耗光学超材料制冷织物从纺织业出发，服务各行各业。

这么厉害的无源制冷光学超材料织物

是什么原理呢？

图为阳光暴晒下超材料织物的实用性能表征。 (a) 超材料织物人体降温测试照片; (b) 超材料织物人体降温测试红外图

视频为超材料织物与棉在人体皮肤表面降温性能对比测试（西双版纳，2020年12月13日）。志愿者身着左半边为棉、右半边为超材料织物的特制背心，直面强太阳辐射照射，进行对比降温测试，过程中用红外相机实时拍摄记录温度变化情况。穿衣前人体皮肤温度保持均匀，半小时后脱下背心，皮肤左右两边表面呈现出明显温差，超材料织物(右)所覆盖的皮肤表面相较于棉(左)可低3°C。

这种形态分级结构的光学随机超材料织物（Metafabric），其根据织物空间结构、纤维结构以及纤维内部微纳结构进行分级，不同的级次分别响应不同波段，优化了光谱响应的效率，同时有效避免了不同波段光谱的串扰，从而实现了对整个0.3 -25 μm波段范围的高效的光谱调控。

研究团队将光学超材料技术与批量纤维制备技术相结合，选用绿色环保、生物可降解的聚乳酸为纤维原料，引入特定波段光学新特性，获得了均匀连续的超材料纤维。在此基础上，进一步利用成熟纺纱织造和层压技术，制备的Metafabric在太阳辐射波段（0.3-2.5 μm）具有92.4%反射率，在中红外大气窗口波段（8-13 μm）具有94.5%发射率。

Metafabric可实现全天低于环境温度的日夜辐射制冷；在正午时段的模拟人体皮肤测试中（广州，2020年11月28日），相较于同色的商用织物（棉、氨纶、雪纺、麻），Metafabric下的模拟皮肤温度可低5-7 °C。在对汽车模型的降温测试中（广州，2020年12月7日），覆盖Metafabric的模型内部温度相较于市售车罩可降温27 °C，相较于无织物覆盖的模型可降温30 °C。

此外，Metafabric对暴露于阳光的实际人体也具有显著的降温效果（广州，2020年12月7日），相较于白色棉织物，其对人体体表降温超过4 °C。同时，该织物具有优异的可穿戴性，并与整个纺织行业相兼容，适合大规模推广制备和产业化应用。

2021年5月，在山东青岛举办的首届高等学校科技创新大会上，零能耗光学超材料制冷织物项目还受邀参加高校科技创新成果展，为建党100周年献礼。

团队下一步将竭尽所能投入到与新冠肺炎疫情战斗的战线中，致力于医护工作者的防护，同时努力与制造业合作，完成量产的重大任务，利用科技创新赋能产业升级，打造具有超高产业附加值特征的战略性新型产业。

陶光明教授带领的先进功能纤维研究中心（Center for Advanced Functional Fibers, CAFF）致力于多材料特种光纤、面向腔内精准微创手术的柔性纤维医疗机器人以及康养全场景的智能织物技术等跨学科研究工作。

CAFF团队坚持“四个面向”，旨在将具有不同的电、光、热和机械性能的材料集成到具有复杂结构和多种功能的单个纤维中，为在多个领域中的扩展应用提供新的机会，使纤维在未来更加无缝地融入日常生活。课题组目前已形成一支包含博士生、硕士生、本科生、技术工程师、专职科研秘书等在内的完整科研梯队，已搭建具有国际一流水准的智能纤维制造科研平台。

华中科技大学（ihuster）

来源 / 武汉光电国家研究中心

编辑 / 罗祎

校对 / 汪泉