現(xiàn)在正是盛夏季節(jié)，天氣比較炎熱，很多朋友都希望在涼爽的環(huán)境中去生活或者工作。今天告訴大家一個(gè)好消息，我國科學(xué)家研發(fā)出一種能降溫的“光學(xué)超材料織物”！

　　華中科技大學(xué)陶光明課題組和浙江大學(xué)馬耀光課題組就設(shè)計(jì)了這樣一種光學(xué)超材料織物，它可以自己給自己降溫，溫度比周圍環(huán)境低2-10℃。這一成果日前在線發(fā)表在國際權(quán)威學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)》上。

　　這種全新結(jié)構(gòu)的超材料織物在宏觀上體現(xiàn)為多層織物結(jié)構(gòu)。它可以根據(jù)織物的多層空間結(jié)構(gòu)、纖維結(jié)構(gòu)，以及纖維內(nèi)部納米結(jié)構(gòu)，在不同的空間、不同的尺度上進(jìn)行分級，形成了一種宏觀有序、微觀隨機(jī)的形態(tài)學(xué)分級體系（圖1a）。

　　根據(jù)該結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，0.3~25 μm的光譜大體被分解為三個(gè)波段，交由織物中的不同級次響應(yīng)。

　　頂層的聚四氟乙烯（PTFE）多孔薄膜、底層主體織物中的二氧化鈦（TiO2）納米顆粒及微米級的聚乳酸（PLA）聚合物纖維（圖1b,c），分別響應(yīng)紫外、可見-近紅外以及中紅外波段，為織物提供了寬譜的太陽反射，以及高效的中紅外發(fā)射。

　　圖1 超材料織物的結(jié)構(gòu)和表征。（a） 用于日間輻射冷卻的超材料織物示意圖； （b） PTFE服裝膜的電鏡圖； 比例尺，5 μm; （c） 超材料纖維橫截面的電鏡圖； 比例尺，5 μm; （d） 超材料纖維照片； 比例尺，10 cm; （e） 超材料織物照片； 比例尺，20 cm; （f） 超材料織物在0.3-25 μm的反射率和發(fā)射率光譜圖；

　　該研究團(tuán)隊(duì)將光學(xué)隨機(jī)超材料與批量纖維制備技術(shù)相結(jié)合，獲得了均勻連續(xù)的超材料纖維（圖1d）；進(jìn)一步利用紡紗織造和層壓技術(shù)，制備得到超材料織物（圖1e）。該織物在太陽光波段（0.3-2.5 μm）具有92.4%的反射率、在中紅外波段（8-13 μm）具有94.5%的發(fā)射率（圖1f）。

　　基于可擴(kuò)展、高通量、全自動(dòng)制造技術(shù)，這項(xiàng)成果克服了長期以來將實(shí)驗(yàn)室規(guī)模的織物應(yīng)用于熱管理實(shí)際場景的挑戰(zhàn)。革新的織物技術(shù)通過分級形態(tài)設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了材料-光學(xué)-紡織技術(shù)的跨領(lǐng)域多學(xué)科協(xié)同創(chuàng)新，啟示并推動(dòng)傳統(tǒng)紡織工業(yè)的創(chuàng)新與發(fā)展。

　　超材料織物借助大氣透明窗口（8-13 μm）增強(qiáng)熱量與外部寒冷空間的熱交換，并對整個(gè)太陽輻射波段（0.3-2.5 μm）實(shí)現(xiàn)高效的阻擋。經(jīng)嚴(yán)格的測試，在無源輸入條件下，超材料織物可實(shí)現(xiàn)全天低于環(huán)境溫度2-10℃的良好輻射制冷效果（圖2a,b）。

　　圖2 超材料織物的降溫性能測試。（a） 測試裝置示意圖和樣品照片； （b） 超材料織物24小時(shí)輻射制冷性能測試曲線圖（2020年12月5-6日，中國廣州，北緯23°5′32′′，東經(jīng)113°23′45′′）； （c） 超材料織物人體降溫對比測試照片； （d）超材料織物人體降溫對比測試紅外圖（2020年12月13日，中國西雙版納，22°10′22″N，100°51′29″E）

　　超材料織物還具備低成本、綠色環(huán)保、可產(chǎn)業(yè)化等優(yōu)勢，對實(shí)現(xiàn)高效的戶外個(gè)人熱管理、推動(dòng)智能紡織品的產(chǎn)業(yè)化技術(shù)開發(fā)及應(yīng)用具有重要意義，順應(yīng)全球綠色低碳發(fā)展潮流。