北京
在全球气候变暖的大背景下，极端高温天气愈发频繁，给人们的户外生活和工作带来了极大挑战。如何在无需大量能源消耗的情况下，实现高效的个人降温，成为科研人员关注的焦点。
近日，一项发表于《Engineering》的研究成果带来了令人惊喜的突破 —— 科研人员通过微阵列技术，成功制备出具有蝶翼仿生三级微纳结构的光子工程纺织品，为个人被动辐射制冷领域开辟了新方向。
传统的被动辐射制冷（PRC）材料虽在制冷原理上具有一定优势，但大多存在穿着舒适性差和耐用性不足的问题，无法满足人们日常户外使用的需求。而此次研发的辐射制冷纺织品（RCTs），巧妙地从东亚地区的丝带凤蝶（Sericinus montelus）翅膀结构中获取灵感，创新性地解决了这些难题。
丝带凤蝶的翅膀拥有精心构建的分层多孔结构，这使其具备出色的宽带阳光反射能力和良好的散热性能。科研人员受此启发，运用微阵列技术，将高红外发射率的材料（CTA 和 SiO₂纳米颗粒）与 PET 纺织物相结合，制造出具有蝶翼仿生结构的单层 PRC 纺织品。
这种纺织品具备理想的扩展光谱响应，阳光反射率高达 91.7%，在大气透明光谱窗口的热发射率也达到了 95.8%。从微观结构来看，RCTs 的纤维上排列着平均直径为 2.84μm 的微孔，纤维之间有序分布着平均直径 586nm 的纳米孔，还有随机分布在整个纺织结构中的 SiO₂纳米颗粒。这些微纳结构不仅有助于高效散射阳光，减少太阳能吸收，还能增强与外界的热交换，将热量辐射到外太空。通过有限差分时域（FDTD）模拟等手段，研究人员详细分析了结构与光学性能之间的关系，揭示了 RCTs 优异制冷性能的内在机制。
在实际户外测试中，RCTs 的表现令人瞩目。在上海晴朗的天气下，中午时分，覆盖有 RCTs 的皮肤模拟器表面温度，相较于棉质纺织品降低了约 4.4°C，全天平均降温也达到了 2.8°C。这意味着在炎热的户外环境中，穿着 RCTs 制成的衣物，人们能感受到明显的凉爽，有效减少因高温带来的不适。
除了出色的制冷性能，RCTs 的穿着体验也十分良好。在机械性能方面，它能承受 1158N 的拉伸应力和 11% 的应变，表现优于棉质纺织品。其透气性为 45.3mm・s⁻¹ ，水汽透过率达 4744g・m⁻²・d⁻¹ ，既能保证空气流通，又能及时排出汗液，减少闷热感。而且，RCTs 的柔软度虽比未处理的 PET 纺织品略低，但仍具备基本的可穿戴性。
在耐用性测试中，无论是经过 10000 次磨损、10000 次弯曲，还是 50 次洗涤后，RCTs 都展现出了良好的稳定性，性能仅有轻微下降。这项研究成果意义重大。它为个人热管理应用中的 PRC 技术探索提供了极具潜力的候选材料，有望在未来广泛应用于户外服装、帐篷等领域，让人们在享受清凉的同时，减少对传统制冷设备的依赖，降低能源消耗。
同时，该研究也为仿生材料的发展提供了新的思路，启发科研人员从更多生物结构中寻找灵感，开发出更多高性能、多功能的新型材料，为应对气候变化和提升人们生活质量贡献科技力量。
来源: Engineering
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