7月11日，記者從華中科技大學(xué)獲悉，該校陶光明團隊與多個科研單位交叉學(xué)科創(chuàng)新，突破性地研發(fā)了一種具有形態(tài)分級結(jié)構(gòu)、可大批量制備的光學(xué)超材料織物(簡稱超材料織物)，相較于白色棉織物，該織物對人體體表降溫近5℃，具有優(yōu)異的可穿戴性，并與整個紡織行業(yè)相兼容，適合大規(guī)模推廣制備和產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。
基于輻射制冷的原理和形態(tài)分級的設(shè)計理念，團隊提出了一種形態(tài)分級結(jié)構(gòu)的超材料織物，根據(jù)織物空間結(jié)構(gòu)、纖維結(jié)構(gòu)、以及纖維內(nèi)部納米結(jié)構(gòu)，在不同空間、不同尺度上進行分級，形成了一種宏觀有序、微觀隨機的形態(tài)學(xué)分級體系。根據(jù)該結(jié)構(gòu)設(shè)計，將從太陽輻射波段到中紅外波段(0.3-25μm)的光譜分為三段，交由超材料織物中的不同級次響應(yīng)，最終實現(xiàn)紫外、可見-近紅外及中紅外波段的寬光譜精準(zhǔn)調(diào)控，有效避免不同波段光譜的串?dāng)_，優(yōu)化光譜響應(yīng)效率。
研究團隊將光學(xué)超材料技術(shù)與批量纖維制備技術(shù)相結(jié)合，選用綠色環(huán)保、生物可降解的聚乳酸為纖維原料，獲得均勻連續(xù)地超材料纖維。在此基礎(chǔ)上，進一步利用紡紗織造和層壓技術(shù)，得到的超材料織物在太陽光波段(0.3-2.5 μm)具有92.4%反射率、在中紅外波段(8-13μm)具有94.5%發(fā)射率，并且具有低成本、綠色環(huán)保、可產(chǎn)業(yè)化等優(yōu)勢。
經(jīng)嚴格的測試，在無源條件下，超材料織物可實現(xiàn)全天低于環(huán)境溫度2-10℃的良好制冷效果。借助大氣透明窗口(8-13μm)增強熱量與外部寒冷空間的熱交換，并對整個太陽輻射波段(0.3-2.5μm)實現(xiàn)高效的阻擋。
在正午時段的模擬人體皮膚測試中，相較于同色的商用織物(棉、氨綸、雪紡、麻)，超材料織物下的模擬皮膚溫度可低5-7℃。在對汽車模型的降溫測試中，覆蓋超材料織物的模型內(nèi)部溫度相較于市售車罩可降溫27℃，相較于無織物覆蓋的模型可降溫30℃。
該研究成果以“無源制冷光學(xué)超織物用于可擴展的日間被動輻射制冷”為題在Science期刊上發(fā)表。論文的第一作者是華中科技大學(xué)武漢光電國家研究中心碩士生曾少寧、浙江大學(xué)光電科學(xué)與工程學(xué)院博士生片思杰，論文通訊作者是陶光明教授和浙江大學(xué)光電科學(xué)與工程學(xué)院的馬耀光教授。該項目合作單位還包括山東賽動新能源科技有限公司、武漢紡織大學(xué)、青島大學(xué)、中國紡織科學(xué)研究院有限公司，該研究工作得到了國家自然科學(xué)基金委員會的經(jīng)費支持。(記者 吳純新 劉志偉 通訊員 高翔)
關(guān)鍵詞： 華中科技大學(xué) 分級結(jié)構(gòu) 超材料織物 紡織行業(yè)
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