冷暖兩用紡織品

文/王春蕾

無(wú)論天氣怎樣，你都可以無(wú)所畏懼，因?yàn)橐环N新型的、可兩面翻轉(zhuǎn)穿的服裝均能毫不費(fèi)力使你的皮膚保持舒適。這是美國(guó)斯坦福大學(xué)研究人員開發(fā)的冷暖轉(zhuǎn)換織物。

美國(guó)家用能耗帶來(lái)的啟迪

2017年11月美國(guó)期刊《科學(xué)進(jìn)展》發(fā)表一篇論文，內(nèi)容是一位材料科學(xué)與工程學(xué)教授帶領(lǐng)一團(tuán)隊(duì)，基于日常冰箱用保鮮膜相同的原理研發(fā)出一種冷暖雙面織物。作為冷暖服裝的用材，這種兩面紡織品可因氣候的變化改變正反兩面穿著，即可獲得暖涼不同的效應(yīng)。

這個(gè)項(xiàng)目源于研發(fā)者對(duì)能源效率的興趣和他在納米材料方面的專業(yè)知識(shí)。他認(rèn)為，人想要保持一定的溫度范圍，就需要適應(yīng)性空調(diào)化的冷暖系統(tǒng)。這要從美國(guó)的能源消耗談起。美國(guó)是能源消耗大國(guó)，這因此促發(fā)了業(yè)界的提問：讓衣服直接給個(gè)人提供冷氣和供暖不行嗎？在美國(guó)所耗能源中，13%是用于室內(nèi)溫控。但是當(dāng)恒溫溫度每降1℃時(shí)，一棟建筑就能節(jié)省高達(dá)10%的供熱能源，反過來(lái)，制冷也同樣如此。這引發(fā)他們的想象。

冰箱保鮮膜的原理

我們的身體有很多辦法控制體溫。當(dāng)天氣變冷時(shí)，人體皮膚上的汗毛就會(huì)豎起捕捉溫暖的空氣；超越可忍受冷溫時(shí)，皮膚就起雞皮疙瘩，從而肌肉中輻射出更多熱量，以保暖；當(dāng)天氣熱時(shí)，皮膚又會(huì)將熱量從體內(nèi)釋放出來(lái)，但若仍然很熱，人體就會(huì)流汗。水分從體內(nèi)蒸發(fā)出來(lái)帶走熱量。但機(jī)械式的功能只能起一定作用。當(dāng)室溫超出身體承受的溫度時(shí)，人們就會(huì)伸手開暖氣或空調(diào)。

實(shí)際上早在2016年，斯坦福研發(fā)團(tuán)隊(duì)就宣布解決方案的第一步，即如何讓體熱透過織物釋放出去，使皮膚涼冷下來(lái)。雖然這種設(shè)計(jì)靈感源于透明的、不透水的廚房保鮮膜，但今天研發(fā)的全新材料卻是不透明的，透氣的，且保留了將熱量從身體釋放出來(lái)的能力。與棉花樣品相比，這類織物經(jīng)實(shí)驗(yàn)室測(cè)試，能降低皮膚溫度2℃，這種所謂的“人造皮膚足以阻止人們開風(fēng)扇或空調(diào)了。該團(tuán)隊(duì)的第一種紡織品可為美國(guó)家庭節(jié)省20%～30%的能源預(yù)算。這是個(gè)了不起的成就”。

可轉(zhuǎn)換溫度的雙層織物

那是個(gè)特別寒冷的冬天。研究員帶著裝滿大衣的隨身包去美國(guó)明尼阿波利斯市參加會(huì)議時(shí)突發(fā)奇想，他能否制作一種衣服，它既能在溫暖會(huì)議室里穿，又能在寒冷的街道上穿呢？這個(gè)問題與其他研發(fā)人員提出的織物冷卻技術(shù)問題如出一轍：除了制造涼爽還能加熱嗎？

研發(fā)人員意識(shí)到紡織品控制溫度需要雙向特性。于是他們把兩層具備釋熱和產(chǎn)熱兩種功能的材料重疊起來(lái)，然后又把它們置于冷卻的聚乙烯層間。

一方面，這類涂層在聚乙烯層和皮膚間獲取熱量；另一方面，碳涂層在另一層聚乙烯上釋放熱量。當(dāng)涂層向外釋熱時(shí)，這種材料就能在寒冷天吸收熱量并保持皮膚溫暖。當(dāng)碳涂層向外穿時(shí)，這種材料可釋熱，這樣就能使穿戴者保持涼爽。

研發(fā)專家預(yù)測(cè)說，這種夾心材料的潛在舒適度提升范圍要大很多，甚至可提高10℃左右。正反兩面可使人體皮膚溫差達(dá)到或接近25℃。消費(fèi)者穿這樣的紡織品，在寒冷氣候條件下，根本就不需要中央供暖。自身穿的衣服即能調(diào)節(jié)體溫，何樂而不為。

在理想狀況下，人要把紡織材料穿在身上，首先需要將其制成纖維編織結(jié)構(gòu)，而機(jī)織織物更結(jié)實(shí)，更有彈性，更舒適，看起來(lái)更具可比性，此外，織物還可多次洗滌。要實(shí)現(xiàn)這一步，專家借用了納米光子技術(shù)。他們認(rèn)定這是個(gè)重大機(jī)遇。在他們看來(lái)，這項(xiàng)工作確實(shí)強(qiáng)調(diào)了將熱力工程概念與納米光子相結(jié)合，能創(chuàng)造新的節(jié)能模式，這實(shí)屬新型功能。

該團(tuán)隊(duì)的目標(biāo)是創(chuàng)造一種制造簡(jiǎn)單、實(shí)用的冷暖兩用紡織品，世界各地的消費(fèi)者都可穿它并節(jié)省能源。然而斯坦福研究人員并不因此罷休，他們希望，這類衣物具備醫(yī)療的功效，甚至是在織物上可印刷娛樂節(jié)目。

創(chuàng)意是從突發(fā)奇想開始的，而要落實(shí)創(chuàng)意則需要大量合作。要研發(fā)這類冷暖兩用服裝，還任重道遠(yuǎn)。毫無(wú)疑問，僅僅靠幾個(gè)研究人員是完成不了的，他們需要與其他相關(guān)紡織企業(yè)、熱學(xué)材料專業(yè)人士、設(shè)計(jì)專家等等展開合作。只有不畏艱險(xiǎn)不斷進(jìn)取，善于探索的研發(fā)者才能使其脫穎而出。

(據(jù)美國(guó)《科學(xué)日?qǐng)?bào)》近期資料https://www.sciencedaily.com/releases/2017/11/171113105235.htm）