纳米结构让你在夏天凉爽

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总是觉得穿在身上的衣服让自己在夏天感到不够舒适凉爽?一项新的研究表明,纳米结构或许可以有效解决这个问题。

人的身体会将一部分吸收的热量以电磁波的形式向环境中辐射,这称为黑体辐射,这其中主要是波长在7-14微米的红外线。常见的纺织面料对于这一波段的红外线通常会有明显的吸收,因此会妨碍人体向外散热。相反,聚乙烯等聚烯烃材料由于化学结构的不同,对这一波段的红外线没有吸收。因此,如果改用聚乙烯作为服装面料,就有可能减少对人体散热的阻碍,让穿着衣服的人感到更为凉爽。然而用聚乙烯作为服装面料有一个很致命的缺陷,那就是通常的聚乙烯薄膜比较透明,几乎没有人愿意把它穿在身上。另外,聚乙烯薄膜透气性也很差,因此穿在身上会让人非常不舒服。

来自美国的研究人员提出,如果让聚乙烯薄膜上布满尺寸在50-1000纳米的孔洞,这些问题就会迎刃而解。纳米尺寸孔洞的存在会让入射的可见光发生强烈的反射,从而使得聚乙烯薄膜变得不再透明。相反,这些孔洞的尺寸由于明显小于人体黑体辐射的红外线的波长,因此这一部分红外线仍然可以穿过聚乙烯薄膜而不会发生明显的散射。孔洞的存在也使得透气性显著改善。实际上这种具有纳米结构的聚乙烯薄膜已经在一些场合进行应用,因此将其用于服装面料应该不是难事。

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常规织物(左)可见光和红外线均不能穿透,透气性好;常规聚乙烯薄膜(右)可见光和红外线均可以穿透,透气性差;具有纳米结构的聚乙烯薄膜(中)红外线可以穿透,可见光不能穿透,透气性好 (图片引自原论文)

研究人员对这种聚乙烯薄膜进行了测试,结果表明,在同样的测试条件下,这种聚乙烯薄膜仅仅会使得皮肤表面的温度从33.5 oC升高到34.3 oC,而普通的棉织物则会使得皮肤表面温度升高到37 oC。显然,穿着这样的聚乙烯薄膜会让人在夏天感到更凉爽。随后研究人员又对这种聚乙烯薄膜进行了一些化学处理,使之穿着起来更为舒适。经过处理的聚乙烯薄膜对红外线的吸收略有增加,但散热效果仍然由于传统的棉织物。

这项研究的成果如果能够得到推广,不仅可以开发出散热效果更好的服装面料,让人感到更加舒适,而且可以减少空调和电扇的使用,从而节约大量能源。不过研究人员仍然需要解决许多实际问题,例如如何在不增加对红外线吸收的前提下将这种聚乙烯染色等。或许当明年夏天到来时,我们真的可以穿上这种新材料做的衣服。

(文/魏昕宇)

论文:http://science.sciencemag.org/content/353/6303/1019