消暑黑科技

沈臻懿

著名詩人陸游曾就酷暑的“苦熱”，發出了“萬瓦鱗鱗若火龍，日車不動汗珠融。無因羽翮氛埃外，坐覺蒸炊釜甑中”的感慨。高溫悶熱的天氣，可能是大部分人一年四季中最為發愁的季節。為了應對高溫，腦洞大開的科學家們研發了各類降溫黑科技，諸如穿在身上即可感到涼爽的衣物、活性微生物降溫模式、可攜帶的移動式空調、冷卻輻射降溫的薄膜等。

能“降溫”的新型織物面料

盛夏時節的燥熱，使得人體在新陳代謝過程中，每天都要排出大量的汗水。部分人后背、腋窩等部位的汗腺尤為發達，特別是在高溫天氣下，更容易汗流不止。為此，人們脫掉厚重的冬衣，換上薄薄的夏服。不過，通常由純棉織物制成的短袖T恤，雖具有較好的吸汗性能，但其排汗能力極弱。在汗流浹背的酷暑天，衣物很快就會被汗水所濕透。而潮濕衣物黏附在皮膚上導致的悶熱與黏稠感，想必經歷過酷暑的人們都深有體會。

除了衣物因汗水浸透、黏附在身上所帶來的不適外，濕透的衣物不一會兒還會發出陣陣刺鼻的汗臭味。眾所周知，人體汗液組成物質中，有99%的成分是水，另有1%則是氯化鈉、氯化鉀等無機鹽以及尿素、脂肪酸等有機物。高溫下，當汗液中的水分逐漸蒸發后，尿素的濃度趨于升高，夾帶著化肥般刺鼻氣味的汗臭味不斷向外發散。此外，在持續悶熱潮濕的環境下，細菌對于汗液等分泌物中的脂肪酸的分解，也會發出陣陣刺鼻氣味。

于是，人們不禁要問，有沒有一種織物，穿上后能令人瞬間體驗到“清涼一夏”之感？為此，有科學家研制出了一種能隨時為體感降溫的新型織物面料。由這種新型織物面料制成的T恤，外觀雖看似普通，但卻富含大量黑科技元素。人們穿上這一T恤后，體感溫度會立即降低3℃至5℃。即使是再炎熱的夏天，也會讓人感到陣陣清涼。這一降溫利器背后的奧秘，就源于一種新型纖維面料的問世。該纖維是從天然植物中提取的玉米醇衍生物所組成的冰涼成分，可通過“相變”吸收熱量來調節衣物的溫度，從而給穿著者以清涼舒適的感覺。此外，這一纖維物質還具有“溫度存儲”的重要功能。若是穿著由該纖維制成的衣物走出空調房間時，其能夠在一定程度上保留空調房內的溫度，從而為穿著者抵擋外部的酷暑侵襲，并逐步適應戶外的高溫，不會因突如其來的熱浪而引發不適感。相較于普通面料織物，這一纖維面料的蒸發擴散能力整整高出棉織品的六倍。該纖維還具有極強的快速排汗速干功能，可以令穿著者在炎炎夏日感受到涼爽與愜意。無論是遇到皮膚上的水或者汗液，穿著者都能從纖維織物面料的快速蒸發過程中享受到清涼爽滑的快感。同時，這一新型纖維原料中的近40%成分來自自然界可再生資源，不僅環保、可再生，更能降低60%以上的溫室氣體排放與能耗。

除了前述這款提取自玉米醇衍生物的新型纖維面料外，美國馬里蘭大學的科學家們則研發出了一款利用3D打印技術制成的纖維織物面料。該款織物材料在制作過程中，被科學家嵌入了氮化硼納米片構成的纖維以及聚乙烯醇等物質，進而使其具有了極佳的熱傳導能力。人們穿著這一面料制成的衣物時，可有效降低體感溫度。這款嵌入了氮化硼納米片與聚乙烯醇的3D打印織物面料的降溫效率，比傳統的聚乙烯醇、純棉織物等面料的降溫效率都要高出許多。研發科學家因此也將這一新型織物面料譽為可以穿戴在身上，且無任何電源零部件累贅的“便攜式空調”。

用微生物來降溫

不同于前述這些通過改良織物面料特性來實現體感清涼的降溫新科技，部分科學家更是腦洞大開，嘗試利用微生物來研發生物智能混合材料，從而實現有效降溫的目的。麻省理工學院的科學家發現，一種名為納豆桿菌的微生物對外部環境中的水分與熱量的雙重變化極為敏感。在干燥環境下，納豆桿菌的細胞就會收縮；反之，在潮濕環境下，細胞則會趨于膨脹。同時，科學家經過測試確認，該種微生物不會因直接接觸人體表面而出現不良反應。根據這一生物特性，科學家們研發出了一種名為Biologic的新型生物技術。該技術首先需要培育出活性細胞，并將其嵌入衣物面料中，制成一種能用于降溫的生物智能混合材料。與其他新型織物面料的降溫原理不同，該材料通過生物技術，能令衣物的開口隨著穿著者的身體熱量變化來決定開合。其能夠利用活性微生物為穿著者吸收汗液、降溫，從而起到舒適的體感效果。

具體而言，這一降溫新技術需要將納豆細胞微生物制成生物膜，隨后再印制到制衣面料上。利用這一技術制成的衣物，其背部外觀看似覆蓋了一層能夠打開與閉合的“鱗甲”。這些單體只有指甲蓋尺寸大小的開口，又被稱之為“襟翼”。每一片襟翼上都覆蓋有活性微生物細胞。這些微生物細胞既是衣物散熱、降溫的“傳感器”，同時又是激發這一動能的“啟動器”，能夠根據外部環境的濕度與溫度變化，膨脹與收縮。

不過，單單依靠納豆細胞微生物尚不能完全起到控制背部開口啟閉的作用。科學家經過研究，還加入了覆蓋有大腸桿菌細胞的乳膠瓣片。當穿著者因高溫或運動出汗時，嵌入了活性微生物細胞的衣物內襯即可通過服飾上的開口對體表的熱量與汗水予以反饋。細胞在遇水膨脹后，令乳膠瓣片屈曲突起，如同飛機襟翼一般打開，從而在背部形成一個個通風小孔。這些小孔能夠有效促使空氣流動，以實現通風散熱效果，并除去穿著者身體上黏附的汗液水分。當散熱透氣活動結束后，微生物細胞又會收縮，從而令背部襟翼合攏如初。這種微生物降溫新技術帶來的透氣、散熱效果，除能夠有效降低皮膚溫度外，還不會對穿著者的體表造成不適。

實驗測試結果表明，微生物細胞可以針對不同濕度環境，做出相應地反饋。當其身處100%濕度下，所有襟翼開口便得以完全敞開，繼而實現通風、透氣的最大化。因此，利用活性微生物作用的降溫新技術，除了能夠通風、散熱，給穿著者以清涼的體感外，還可利用微生物的自身特性，增強衣物的透氣性，使其稱得上是一件“有生命的、可呼吸的”服裝。

令人欣喜的是，這些腦洞大開的科學家的創新并未就此停止。科學家們除了將微生物降溫技術運用于衣物的通風、透氣與降溫外，還考慮未來將這一技術應用至跑鞋領域，期待體驗者在跑步運動之時，也能感受到舒適的散熱與透氣感。

可攜帶的移動式“空調”

酷暑難耐的季節中，躲在空調房內吹冷風，無疑是一件極為愜意的美事。但在某些時候，辦公室或者房間內的空調突然“罷工”，令室內再次回到又悶又熱的窘境；或者，因工作、生活等原因，人們常常不得不離開空調房間，直面高溫酷暑的侵襲……想必所有人在酷熱環境下，都會懷念空調開啟后帶來的涼爽感，甚至渴望能有一臺可以隨身攜帶、使用的空調，以保證使用者時刻感受到清涼與舒爽。

這些看似有些玄幻的想法，如今已然成真。在研究人員腦洞大開的奇思妙想下，一臺隨時隨地能帶來降溫與清涼感的個人便攜式移動空調已然問世。這一顛覆傳統空調理念的便攜式移動空調，在外觀設計上并不“逆天”，甚至可以說是“中規中矩”。其造型近乎為一個長寬高皆為16厘米左右的正方體小盒子，為了便于攜帶，該設備的總重量尚不到2公斤，使用普通交流電來作為自身的供電基礎。作為一臺能夠放置在桌面上的個人空調，便攜式移動空調可為使用者提供一個完全屬于自己的舒適環境。使用者不必與他人共享同一個空調系統，在調節制冷溫度時不必被他人所左右，只需要滿足自身的舒適感即可。

便攜式移動空調名為空調，但與傳統意義上的空調制冷方式有著天壤之別。傳統空調系利用冷媒來進行制冷和降溫，便攜式移動空調雖也具有風扇，但其在制冷原理上，使用了一種特殊的吸水性納米材料。這一極具科技含量的吸水性材料，被稱之為玄武巖纖維。其可以吸收足量的水分，并可確保液體在微小表面上進行極大蒸發，從而帶走周圍環境中的熱量。

正是由于這種玄武巖纖維的存在，使得這一新型空調得以隨身攜帶，且不會因傳統空調的冷風直吹而導致感冒和空調病的發生。此外，由于新型降溫技術的應用，使得便攜式移動空調內部并沒有傳統制冷過程所需的氟利昂，因而完全可以環保回收，且不會對臭氧層造成破壞。便攜式移動空調的使用方式，同樣十分便利。使用者只需將水注入能夠拆卸的塑料水槽中，并將空調的功率調節至最為舒適那檔，即可以愜意地享受自然涼爽的個人空調世界。

由于其擁有與傳統空調不同的冷卻方式，還令其具有能源消耗更少的優勢，可以為使用者節省更多的花銷。目前，便攜式移動空調僅僅只有10W的基礎電耗，500W的冷卻電耗，遠低于傳統空調的能耗，但最低制冷溫度卻可以達到驚人的17℃。

利用“輻射”來降溫

試想一想，只需要將一層薄薄的塑料膜覆蓋在屋頂之上，就能降溫10℃左右，酷暑高溫天氣也不再需要打開空調來降溫。這樣的情景看似異想天開，但科技的發展，已讓人們研發出了一款利用輻射來降溫的薄膜材料。

這款輻射制冷薄膜材料通過顯微鏡微觀觀察，系由諸多直徑為8微米的迷你玻璃珠隨機鑲嵌在塑料之中制成。不過，千萬不要小瞧了這由玻璃珠和塑料膜所制成的降溫材料。該冷卻薄膜材料，可以利用遠紅外電磁波向外輻射能量，進而實現降溫、冷卻的目的。就這一技術背后的科學原理而言，該材料所發射的遠紅外電磁波的波長在8—14微米之間。對于這一波長范圍內的電磁波而言，地球上空的大氣層甚至可以被其忽略不計。通過該電磁波向外輻射發出的熱量，幾乎不會被地球大氣層以吸收、散射、反射等形式來加以轉化和消化，而是直接穿越大氣層，進入外太空零下兩百多攝氏度的低溫環境之中。從某種程度來說，這一輻射冷卻材料，在充滿熱量的室溫環境與宇宙外太空的極冷環境之間，搭起了一座單向能量傳輸橋梁。

單單是這一薄膜材料本身，就已經能輕松將熱量向外輻射。若在這一薄膜材料上再覆蓋一層納米級的金屬膜層，其降溫、冷卻效果無疑會變得更為顯著。覆蓋了金屬膜層的薄膜材料，不僅能夠利用遠紅外電磁波將熱量向外輻射出去，還可進一步將照射其上的太陽光予以反射，從而為需要降溫、冷卻之物提供了雙層保險，避免其因吸收太陽光而導致升溫變熱。

研究人員經試驗測試發現，這一薄膜冷卻材料在正午的太陽光直射下，可以實現最高達93W每平方米的輻射冷卻功率，并可以將由其覆蓋、接觸的物體迅速降溫、冷卻十余攝氏度。

相比傳統空調需要耗費能源，制冷所用的氟利昂會對大氣層造成破壞，這一不用連通電源，也不用燃燒油料的薄膜，完全依靠自身就能實現降溫與冷卻。在降溫的過程中，這一薄膜的工作原理，讓人們不用擔心其會造成任何環境污染與破壞。該薄膜所做的工作，即是在起到降溫與冷卻作用的同時，將地球上多余的熱量，直接送往極冷環境下的外太空！

編輯：黃靈 yeshzhwu@foxmail.com