讓熱浪來得更猛烈些！華中大“降溫神器”登上《科學》

      7月9日，《科學》雜志在線發表了陶光明研究小組和浙江大學光電科學與工程學院馬耀光研究小組合作的題為“Hierarchical-morphology metafabric for scalable passive daytime radiative cooling”的研究論文。此研究突破性地研發了一種具有形態分級結構(Hierarchical-morphology structure)、可大批量制備的光學超材料織物(Metafabric)，具有優異的日間輻射制冷能力，對實現高效的戶外個人熱管理具有重要意義。

陶光明教授（中間居左）和馬耀光研究員（中間居右）

       華中科技大學陶光明小組和浙江大學馬耀光小組聚焦人民生活需求，顛覆傳統制冷理念，基于與人們日常生活最密切不可分割的服裝，研發了在陽光直射的室外環境下可無源使用的隨身“空調”——無源制冷光學超材料織物（Metafabric），以實現高效的戶外個人熱管理，可為所有人降溫。

       你以為無源制冷光學超材料織物

       只是涼快？

       它的優點還有很多！

1環境友好、可降解

       此技術對于熱量失衡的地球而言具有重大意義，不僅可無源地滿足人們對于戶外場景的需求，還可以大規模量產，在生活和工作中無障礙地推廣使用，在不同國家與地區為不同膚色的人提供服務。同時，超材料織物的主要材料是環境友好且生物可降解的，這意味著即使在年產百萬噸的情況下，也不會對環境造成負擔。

2成本僅為商品售價的十分之一

       成本方面，一件成衣的制造成本價往往僅為商品售價的十分之一。研究團隊將新材料引入纖維內部，纖維成本僅增加10%左右，這意味著一件超材料織物成衣相較于普通成衣的成本增加僅在1%左右，在這種極小的成本差異下卻能帶來優異的降溫性能，可造福每個有防護降溫需求的人。比如防曬服、帳篷、汽車罩、傘或保護任何暴露在天空下、受到陽光傷害的人和物體。超材料織物的主要目標人群包括運動員、警察、清潔工、快遞員和醫護工作者們。

3讓醫護工作者具有更好的熱舒適

       為應對新冠肺炎疫情，全世界大量醫護工作者穿戴悶熱的口罩與防護服，為人們進行病毒檢測和疫苗注射，白衣天使們為抗擊疫情強忍不適。目前，研發團隊已將超材料織物初步應用于口罩和防護服，與傳統醫用防護材料相比，防護用降溫紡織品材料成功實現了戶外的有效降溫，進一步研發后有望在保持防護服防護的基礎上讓醫護工作者具有更好的熱舒適。零能耗光學超材料制冷織物從紡織業出發，服務各行各業。

這么厲害的無源制冷光學超材料織物

是什么原理呢？

圖為陽光暴曬下超材料織物的實用性能表征。 (a) 超材料織物人體降溫測試照片; (b) 超材料織物人體降溫測試紅外圖

       圖為超材料織物與棉在人體皮膚表面降溫性能對比測試（ 西雙版納，2020年12月13日）。志愿者身著左半邊為棉、右半邊為超材料織物的特制背心，直面強太陽輻射照射，進行對比降溫測試，過程中用紅外相機實時拍攝記錄溫度變化情況。穿衣前人體皮膚溫度保持均勻，半小時后脫下背心，皮膚左右兩邊表面呈現出明顯溫差，超材料織物(右)所覆蓋的皮膚表面相較于棉(左)可低3°C。

       這種形態分級結構的光學隨機超材料織物（Metafabric），其根據織物空間結構、纖維結構以及纖維內部微納結構進行分級，不同的級次分別響應不同波段，優化了光譜響應的效率，同時有效避免了不同波段光譜的串擾，從而實現了對整個0.3 -25 μm波段范圍的高效的光譜調控。

       研究團隊將光學超材料技術與批量纖維制備技術相結合，選用綠色環保、生物可降解的聚乳酸為纖維原料，引入特定波段光學新特性，獲得了均勻連續的超材料纖維。在此基礎上，進一步利用成熟紡紗織造和層壓技術，制備的Metafabric在太陽輻射波段（0.3-2.5 μm）具有92.4%反射率，在中紅外大氣窗口波段（8-13 μm）具有94.5%發射率。

       Metafabric可實現全天低于環境溫度的日夜輻射制冷；在正午時段的模擬人體皮膚測試中（廣州，2020年11月28日），相較于同色的商用織物（棉、氨綸、雪紡、麻），Metafabric下的模擬皮膚溫度可低5-7 °C。在對汽車模型的降溫測試中（廣州，2020年12月7日），覆蓋Metafabric的模型內部溫度相較于市售車罩可降溫27 °C，相較于無織物覆蓋的模型可降溫30 °C。

       此外，Metafabric對暴露于陽光的實際人體也具有顯著的降溫效果（廣州，2020年12月7日），相較于白色棉織物，其對人體體表降溫超過4 °C。同時，該織物具有優異的可穿戴性，并與整個紡織行業相兼容，適合大規模推廣制備和產業化應用。

       2021年5月，在山東青島舉辦的首屆高等學校科技創新大會上，零能耗光學超材料制冷織物項目還受邀參加高校科技創新成果展，為建黨100周年獻禮。

       團隊下一步將竭盡所能投入到與新冠肺炎疫情戰斗的戰線中，致力于醫護工作者的防護，同時努力與制造業合作，完成量產的重大任務，利用科技創新賦能產業升級，打造具有超高產業附加值特征的戰略性新型產業。

       陶光明教授帶領的先進功能纖維研究中心（Center for Advanced Functional Fibers, CAFF）致力于多材料特種光纖、面向腔內精準微創手術的柔性纖維醫療機器人以及康養全場景的智能織物技術等跨學科研究工作。

       CAFF團隊堅持“四個面向”，旨在將具有不同的電、光、熱和機械性能的材料集成到具有復雜結構和多種功能的單個纖維中，為在多個領域中的擴展應用提供新的機會，使纖維在未來更加無縫地融入日常生活。課題組目前已形成一支包含博士生、碩士生、本科生、技術工程師、專職科研秘書等在內的完整科研梯隊，已搭建具有國際一流水準的智能纖維制造科研平臺。

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