以后夏天再也不用怕热了?中国科学家把“空调”织进了布料

一件马甲,在烈日下表面温度比普通衣服低了整整8℃! 这不是天方夜谭,也不是需要插电的“空调服”,而是中国科学家刚刚在《自然·通讯》杂志上公布的真实成果。 他们用一根根比头发丝还细万分之一的新型纤维,把“空调”直接织进了布料里。 你可能会想,这怕不是又是什么“噱头”吧? 但当我看到他们测试时的数据,普通聚酯纤维马甲的表面温度在暴晒下飙升到了将近50℃,而他们做的那件“相变马甲”只有42℃时,这种温差带来的体验差距,确实是颠覆性的。 要知道在40℃的高温天里,差这1℃都是天堂和地狱的区别,更何况是8℃。

这背后的核心,其实不是什么天顶星科技,而是小学课本里就讲过的一个物理现象——相变。 你可能还记得,冰融化成水的时候,虽然冰在不停地吸热,但温度一直停留在0℃。 水变成冰的时候,又是反过来不停地放热,温度也同样不变。 科学家们这次就是把这种“傻乎乎”只干活不升温的特性,用在了衣服的布料里。 他们把一种能在人体感到炎热的温度下发生相变的材料,做成了纤维的一部分。 图片

也就是说,当外界的太阳开始疯狂给你“加热”的时候,埋藏在布料里的小颗粒就会开始“吸热战争”。 它们像一个个饥饿的海绵,把你的热量给“吞”进去,然后自己从固态变成液态,整个过程它的温度基本在原地踏步。 所以,你穿在身上的体感温度就被硬生生地按在了舒适区,没有跟着外界的火炉一起狂飙。

但你别以为这事儿之前没人想干过。 做一块能储热的板砖容易,但把它纺成能缝能洗的“布”,这几十年来可是难倒了一堆科学家。 这里面有一个公认的“不可能三角”,就像游戏里的一个死循环:想要储热能力强,材料就得用大量的相变物质,可这种东西一旦变成液态,就像水一样流动,而且大多又脆又弱,一洗就碎,一搓就漏;那反过来,你要是为了追求布料结实耐用,就只能牺牲储热量,那做出来的衣服就跟普通棉袄没啥区别,根本起不到调温作用。 在过去,这就像一个魔咒,所有想尝试的人都在这三个角落里打转,怎么也跳不出去。

这回北大邹如强教授团队,实实在在是换了个思路。 他们没有去硬刚相变材料的“脆弱”属性,而是给它来了个“纳米级的身骨增强”。 听起来很玄乎,其实就是他们在传统的纺织材料里,加了那么一点点肉眼根本看不见的碳纳米管。 这东西有多强? 它的强度是钢的近百倍,但密度只有钢的六分之一。 加进去之后,它就充当了整个纤维的“钢筋骨架”。 然后他们又设计了一个三维互穿的聚合物网络,用通俗的话讲,就是给这些相变材料造了一个一个极其微小的“纳米笼子”,把这些相变材料分子像关小鸟一样,给严丝合缝地锁在了里面。

这样一来,当天气热起来,相变材料融化变成液体时,虽然有想往外跑的心,但面对这个密不透风的“纳米笼子”它根本跑不出去。 而且这个“纳米笼子”本身还极具弹性,可以跟着衣服一起拉伸、扭曲、折叠,这就彻底解决了过去相变材料一拉伸就碎裂、一融化就漏液的老大难问题。 更妙的是,加进去的那个“钢筋骨架”碳纳米管,不光是个物理撑杆,它本身还是世界上导热性最好的材料之一。 它就像在布料里铺设了一条条热量的高速公路,外界的热量能够迅速被传送到每一个相变细胞那里,让它们高效地“吃掉”热量,而不是像以前那样,只能等着热量自己慢慢渗透。

这个突破之所以有分量,还在于它“接地气”的实用性。 很多实验室的科研成果确实很牛,但往往只能停留在实验室里,因为没办法用现有的纺织机器大规模生产。 这批新材料的性能好到什么程度? 即使里面的相变材料已经完全变成液态,它也能被成功纺成纤维,并且可以直接用现在市面上成熟的纺织设备进行裁剪、缝纫和织造。 这相当于就把这项技术从“看似美好的未来”直接拉到了“马上就能用的当下”。 这对于任何一个企业来说,都意味着极大的成本优势。 图片

当然,光说这些技术原理有些人可能觉得还不够直接。 咱们来看看他们最新做的那个调温马甲的实测试验。 团队专门挑了个大热天,把这件马甲和普通的聚酯纤维马甲一块儿放在太阳底下晒。 结果就比较残酷了,普通马甲热得烫手,表面温度直冲50℃;而这件新型马甲的温度,被牢牢控制在了42℃左右。 这8℃的差距听起来只是数字,但你要知道,人体体感温度的舒适区是非常狭窄的。

你如果穿着那件50℃的普通马甲在户外工作,那简直就像披着一层刚出锅的毛巾,没多久就会大汗淋漓甚至中暑。 而这件有相变功能的马甲,它最大的作用不是在那一刻把你变得冰冰凉凉,而是像一个热量的缓冲池。 当太阳最毒、热量最猛的时候,它帮你悄悄地把这部分热量吸收并储存起来,让你的皮肤始终感受到的只是一个相对温和的温度。 而在高温的室内环境里,它的这种吸热缓冲和热防护能力同样表现得很不错。

这种高韧性、高强度、并且完全兼容商业化生产的技术,正在把“智能调温面料”从一个概念变成现实。 现在很多人都在囤什么“凉感被”、“冰丝席”,那些大多是靠材料自带的物理属性来传导热量,时间一长、环境一热,效果就大打折扣。 而这种自带“相变空调”的衣服,则是一种主动的、智能的热管理方式。 它不需要电池,不需要充电,完全依靠材料本身的物理特性来维持一个稳定的微环境。

最后,我不由得想到了一个很现实的问题。 当这样一件既不需要插电又能实实在在降温的“空调马甲”真的量产上市时,那些头顶烈日送餐的外卖骑手、雨雪无阻清扫的环卫工人、还有在工地上挥汗如雨的工人师傅们,他们会在第一时间穿上它吗? 是技术普及的周期太长,还是舒适与体面这东西,总得有个不太亲民的价格标签?

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