高溫環境下的降溫防護問題在人們的生產和生活中引起了高度重視,隨著科學技術的發展,具有降溫防護功能的紡織品在醫療健康、體育運動、消防安全等領域的應用越來越廣泛,受到研究者的廣泛關注。輻射冷卻紡織品無需任何能量輸入即可幫助散發人體熱量,為個人熱管理提供了有效的方式。
近日,清華大學與南京大學研究團隊聯合報道了一種聚甲醛(POM)納米織物,它不僅實現了大氣窗口(8~13μm)的選擇性發射,而且還顯示了剩余中紅外波段的透射和太陽光(0.3~2.5μm)的反射,可在室外(晴天和陰天條件下)和室內(比典型紡織品低 0.5~8.8°C)實現高效的人體輻射冷卻,為下一代智能紡織品的合理設計引入了新的可能性。
POM的振動吸收和發射的波長主要分布在大氣窗口(8~13μm)內,表明其可作為開發輻射冷卻紡織品的原料。基于此,研究人員通過靜電紡絲制備了厚度約為260 μm的分層POM納米纖維紡織品,合成的POM納米纖維在0.3~2.5μm波段表現出高達94.6%的太陽反射率,在0.3~1.5μm太陽主波段平均反射率達到95.2%。
相比之下,在4~25μm的MIR區域,POM紡織品表現出6.3%的超低反射率,表明其具有較高的MIR發射率和透射率,因此是一種理想的非反射紡織品。POM紡織品在8~13μm的大氣窗口內表現出75.9%的高選擇性發射率,在大氣窗口外的平均透射率為70.0%。
而且,POM紡織品在4~25μm整個中紅外區域的平均透過率達到48.5%,表明它可以透過人體近一半的輻射能量。這些結果表明,POM紡織品具有自適應輻射冷卻模型的特性,有望提供環境自適應的人體冷卻。
研究人員在我國南京炎熱夏季的三種典型環境中測試了POM紡織品的全天候輻射人體冷卻性能,包括晴朗的室外、陰天的室外和室內環境。
結果表明,在室外環境中(晴天和陰天環境),POM織物覆蓋的皮膚模擬器在五個樣品(裸露皮膚、棉織物、透射型紡織品、發射型紡織品、自適應型紡織品)中具有最低的表面溫度,對人體表現出最佳的戶外冷卻性能。
除了優越的輻射冷卻性能外,POM紡織品還表現多項服用性能指標,包括出色的耐磨性能、良好的透氣性、機械強度、防水性和防潮能力。其具有13.3MPa的高拉伸強度,水接觸角達到138°,半小時后保持在122°,遠高于其他三種紡織品。在各種戶外環境中,POM紡織品的輻射冷卻性能比商用防護服顯著增強,且具有更好的室內冷卻性能,商業化潛力很高。
相關研究成果以“An all-weather radiative human body cooling textile”為題發表在《Nature Sustainability》上。