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辐射冷却纺织品:无需能量输入即可散发人体热量

放大字体  缩小字体 发布日期:2024-01-17  来源:高分子科学前沿、健康纺织  浏览次数:622
核心提示:高温环境下的降温防护问题在人们的生产和生活中引起了高度重视,随着科学技术的发展,具有降温防护功能的纺织品在医疗健康、体
      高温环境下的降温防护问题在人们的生产和生活中引起了高度重视,随着科学技术的发展,具有降温防护功能的纺织品在医疗健康、体育运动、消防安全等领域的应用越来越广泛,受到研究者的广泛关注。辐射冷却纺织品无需任何能量输入即帮助散发人体热量,为个人热管理提供了有效的方式。
      近日,清华大学与南京大学研究团队联合报道了一种聚甲醛(POM)纳米织物,它不仅实现了大气窗口(8~13μm)的选择性发射,而且还显示了剩余中红外波段的透射和太阳光(0.3~2.5μm)的反射,可在室外(晴天和阴天条件下)和室内(比典型纺织品低 0.5~8.8°C)实现高效的人体辐射冷却,为下一代智能纺织品的合理设计引入了新的可能性。
      POM的振动吸收和发射的波长主要分布在大气窗口(8~13μm)内,表明其可作为开发辐射冷却纺织品的原料。基于此,研究人员通过静电纺丝制备了厚度约为260 μm的分层POM纳米纤维纺织品,合成的POM纳米纤维在0.3~2.5μm波段表现出高达94.6%的太阳反射率,在0.3~1.5μm太阳主波段平均反射率达到95.2%。相比之下,在4~25μm的MIR区域,POM纺织品表现出6.3%的超低反射率,表明其具有较高的MIR发射率和透射率,因此是一种理想的非反射纺织品。POM纺织品在8~13μm的大气窗口内表现出75.9%的高选择性发射率,在大气窗口外的平均透射率为70.0%。而且,POM纺织品在4~25μm整个中红外区域的平均透过率达到48.5%,表明它可以透过人体近一半的辐射能量。这些结果表明,POM纺织品具有自适应辐射冷却模型的特性,有望提供环境自适应的人体冷却。

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      研究人员在我国南京炎热夏季的三种典型环境中测试了POM纺织品的全天候辐射人体冷却性能,包括晴朗的室外、阴天的室外和室内环境。结果表明,在室外环境中(晴天和阴天环境),POM织物覆盖的皮肤模拟器在五个样品(裸露皮肤、棉织物、透射型纺织品、发射型纺织品、自适应型纺织品)中具有最低的表面温度,对人体表现出最佳的户外冷却性能。
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      除了优越的辐射冷却性能外,POM纺织品还表现多项服用性能指标,包括出色的耐磨性能、良好的透气性、机械强度、防水性和防潮能力。其具有13.3MPa的高拉伸强度,水接触角达到138°,半小时后保持在122°,远高于其他三种纺织品。在各种户外环境中,POM纺织品的辐射冷却性能比商用防护服显著增强,且具有更好的室内冷却性能,商业化潜力很高。
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相关研究成果以“An all-weather radiative human body cooling textile”为题发表在《Nature Sustainability》上。
 
 
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