圖1.形狀穩定、機械增強、3D打印機械超材料結合石墨烯氣凝膠相變材料(PCM)的原理圖設計。

由于建筑物和基礎設施吸收和再發射太陽輻射，城市熱島顯著影響熱舒適度并加劇與熱相關的健康問題。傳統的輻射冷卻紡織品在MIR區域設計為寬帶發射器，由于周圍結構發出的熱輻射，在城市環境中效果較差。然而，SSHF織物設計用于主要在8至13 um的大氣傳輸窗口(ATW)內發射輻射，從而最大限度地減少周圍環境的熱量增益并最大限度地提高冷卻性能。圖1A和1B說明了可穿戴織物在開放和城市環境中運行的典型場景。這些紡織品的輻射冷卻性能受到其方向和周圍環境的顯著影響。圖1C展示了光學和紅外圖像，展示了城市結構如何充當熱源，從而挑戰傳統冷卻紡織品的有效性。圖1D對比了寬帶和光譜選擇性紡織品的冷卻能力，顯示了后者在高太陽強度條件下的卓越性能。圖1E描述了這些紡織品在開放場景中的冷卻能力，而圖1F則側重于城市環境，說明了選擇性紡織品在這些條件下的顯著優勢。

圖2.3D-MPGA的制作工藝。

中紅外光譜選擇性紡織品的制備需要具有主要在ATW內振動的特定化學鍵的材料。聚甲基戊烯(PMP)因其分子組成與所需的選擇性發射光譜非常吻合，被認為是理想的候選材料。圖2A顯示了PMP的分子結構，突出顯示了其選擇性鍵合特性。圖2B提供了各種聚合物發射光譜的比較分析，證明了PMP卓越的選擇比。圖2C中導出的PMP復折射率進一步驗證了其選擇性發射率的潛力。圖2D顯示了計算出的PMP發射率，與ATW顯著一致。圖2E展示了PMP與其他常見紡織品的選擇比和冷卻能力的比較研究，證實了其優越的性能。通過靜電紡絲制備PMP紡織品的過程非常詳細，確保了可擴展性和實際應用。

圖3.GA, PGA和3D-MPGA的結構，形態和界面分析。

SSHF的光學設計涉及多層結構，包括PMP納米-微米混合纖維層、銀納米線(AgNW)和羊毛織物層。該設計利用多模態傳熱機制和光與物質相互作用來實現高太陽反射率和選擇性熱發射率。圖 3A 說明了 SSHF 的層次結構，而圖 3B 提供了顯示纖維網絡的 SEM 圖像。圖 3C 中的反射光譜證實了高太陽反射率，這對于最大限度地減少熱吸收至關重要。圖 3D 和 3E 顯示了紡織品的機械性能，包括靈活性和耐用性，這對于可穿戴應用至關重要。圖 3F 突出顯示了 SSHF 的透氣性，這對于在各種條件下保持舒適度至關重要。

圖4.石蠟，GA, PGA和3D-MPGA的熱特性和穩定性。

SSHF的戶外性能在模擬城市場景中進行了測試，證明了其與傳統紡織品相比的冷卻效果。結果表明，SSHF保持了顯著較低的溫度，證明了其在實際條件下的卓越能力。圖 4A 顯示了室外熱測量的設置，而圖 4B 顯示了 SSHF 實現的溫度降低。圖 4C 將 SSHF 的性能與其他紡織品進行了比較，進一步證實了其有效性。

圖5. PGA和3D-MPGA在PCM固、液兩種狀態下抗外部機械載荷的防漏性和形狀穩定性。

由于熱島效應日益嚴重，城市地區的輻射冷卻紡織品至關重要。作者構建了三維(3D)理論模型，并計算了不同場景下建筑景觀因素對人體的影響。將視角β定義為地平線與連接紡織品和建筑物立面頂角的線之間的角度，將phi定義為建筑物底部中心和底側之間的角度（假設建筑物是對稱的）（圖5A）。從理論上比較了開放場景中850 Wm^-2太陽強度下SSHF與寬帶結構的冷卻能力（圖5C）。SSHF始終表現出比寬帶織物更高的冷卻能力。隨著β和phi均從0°增加到90°，SSHF和寬帶織物之間的冷卻功率差異進一步從8.5 Wm^-2增加到59.6 Wm^-2。SSHF 的性能優于寬帶發射器（圖5D）。