智能织物重大突破:红外辐射“门控”效应

发布日期:2019-2-13     浏览次数:1112次    发布者:刘春英    

我院化学系1992级本科校友、马里兰大学化学系教授王育煌(YuHuang Wang)及其合作者在智能织物领域取得重要进展。相关研究成果“Dynamic gating of infrared radiation in a textile”201928号发表于《科学》(Science, DOI: 10.1126/science.aau1217)。我院邓顺柳副教授在马里兰大学化学系访学期间参与了该研究工作,负责导电材料(如碳纳米管)的设计合成和表征,并实现导电材料在特殊设计纤维上的可控包覆,使织物对环境变化做出响应。

人体与环境的热交换有超过40%是通过红外辐射进行的,然而,无论是我们的皮肤还是构成服装的纺织品,都不能依据环境的变化动态地控制这种红外辐射。鉴于此,马里兰大学王育煌、欧阳敏团队用涂有少量碳纳米管的特殊设计纤维制成纺织品,这种纺织品在不同的环境条件下显示出很好的红外辐射门控效应:在炎热和潮湿的条件下,织物中的纱线发生变形并紧密地结合在一起,缩小了纱线中导电材料之间的距离,增强了导电材料之间的电磁耦合,产生共振电磁耦合效应,使纺织品的辐射率更好地匹配人体的热辐射,允许红外辐射(热量)通过。同时,纱线的收紧直接提高了纺织品的孔隙率,有利于人体和环境之间的对流和蒸发等传统的热交换,协同增强了智能织物的红外辐射门控效应。当外界条件变得更凉爽和干燥时,织物中的纱线以相反的方式对环境做出响应,阻挡人体热量的散失。

这一研究成果使人体通过纺织品动态地打开关闭红外辐射从而实现人体温度的自适应调控成为可能,可能导致具有热管理能力的可穿戴设备的突破,从而降低建筑供暖和制冷的能源成本,或提高人类在苛刻环境中生存的能力。

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文章链接:http://science.sciencemag.org/content/363/6427/619