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布料里“装空调”有望成真

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来源:光明日报

【瞧!我们的前沿科技】

本报北京3月15日电(记者晋浩天)

酷暑难耐,即便身着薄衣,人还没动,汗先下来了。要是有一件衣服,能在大太阳底下自动吸热,让人始终感觉凉爽,是不是有点像科幻片?北京大学材料科学与工程学院教授邹如强团队,还真把这事做成了。相关成果日前发表于《自然·通讯》。

这背后的功臣,是一种叫“相变材料”的神奇物质。在智能穿戴与个人热管理领域,相变材料被公认为革命性的热管理解决方案。邹如强表示:“简单说,它就像藏在布料里的‘智能空调’:外界温度高了,它就把热量悄悄吞掉存起来;温度降下来,它再把热量慢慢吐出去。有了它,衣服成了一座可以自动调节温度的微型气候站。”

然而,这一技术从实验室走向日常生活,长期受困于一个核心矛盾:若要追求高储热密度,材料往往机械性能脆弱、易泄漏且导热性差;若为了结构稳定而牺牲储热能力,则又失去了调温的实际意义。这一“性能权衡”难题,严重制约了可穿戴装备的规模化应用。

研究团队独辟蹊径,用一种精巧的办法破解了这一难题。他们像盖房子一样,在微观世界里给相变材料搭建了一个既结实又通透的“安乐窝”。“我们往材料里掺入微量的碳纳米管,它细得如十万分之一的头发丝,却能当‘钢筋’撑起骨架,还能当‘高速路’让热量快速通过。同时,我们还构建了一种‘三维互穿聚合物网络’,把那些负责吸热放热的相变小分子精准地约束其中——这样,即便温度升高,相变小分子熔化为液体趋向流动时,也会被笼子牢牢锁住,一滴都漏不出来。”

这一招“四两拨千斤”,效果惊人。研究团队纺出来的相变纤维,储热能力几乎拉满,单位重量能吸收的热量是同类材料顶尖水平。而且这纤维亦极为柔韧,拉伸至原长十五倍也不会断裂。这种高性能纤维可直接兼容商用纺织设备,在剪裁、缝纫、织造等环节中无缝衔接,加工完好率超过98%,为产业化应用铺平了道路。

邹如强介绍,为验证实际调温效果,团队还将相变纤维织造成衣,并进行了多场景真人穿戴测试。盛夏正午,穿上这件调温马甲,比普通聚酯纤维马甲表面温度可降低8℃,穿戴者反馈,“后背那种被烈日炙烤的灼热感一扫而空,仿佛一直站在阴凉地里”。更值得一提的是,纤维经过了百余次循环融化—凝固的“极限疲劳测试”,储热能力几乎没降,依旧保持稳定。

“这套思路,不仅仅是造出一种新布料,更为下一代智能热管理材料开辟了新路径。”邹如强表示,从为消防员打造隔热的特种防护服,到为航天员构建舒适的舱内微气候,再到帮助运动员在赛场上保持最佳状态,甚至为建筑外墙披上一层能自主“呼吸”的节能皮肤——这项技术为高效、精准、自适应的热能管理提供了坚实的材料基础。它不仅是科学上的一小步,更对推动国家“双碳”目标实现、提升人类在极端环境下的生存质量具有深远价值。

【新知解码】

什么是相变纤维

本报记者 晋浩天

假设你从健身房出来,浑身发烫,便想立刻钻进恒温22℃的房间——相变纤维就像在皮肤周围建了一个“隐形温控舱”。

准确来说,作为相变材料之一,相变纤维是一种能够感知温度变化并自动调节热量的智能材料。相变纤维的精髓是:不再靠厚厚的棉花把热捂住,也不靠透气孔把热放掉,而是像海绵吸水一样,把热量“吸”进材料里储存起来,冷了再“挤”出来。如何实现这一过程?早期多采用微胶囊技术,将相变物质包裹后嵌入纤维。而如今,以我国科学家最新突破为代表的前沿工艺——纳米结构限域法,既实现了高效调温,又从根源上杜绝了泄漏。如今,从航天服到户外装备,从婴儿睡袋到节能窗帘,相变纤维正让衣物从“被动保温”升级为“主动控温”的智能系统。

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