【端傳媒】可能會讓我們和冷氣說再見的智能纖維
史上最熱的夏天即將過去,科學家們帶來一個好消息——或許在不久的未來,我們可以不再依賴冷氣機,穿著「塑膠」衣物便能享受一個涼爽的夏天。
美國史丹福大學的科學家日前在科學雜誌《自然》(Nature)上發表研究報告,發現用具有多孔結構的納米聚乙烯(nanoporous polyethylene,簡稱 nanoPE)基底纖維來製造衣物,其透氣程度不僅與傳統紡織物相當,還具備降温功能,穿着時能使人體温度降低攝氏4度。
在實驗中,研究人員在模擬皮膚發熱的裝置上覆蓋 nanoPE 材料,發現表面温度僅上升攝氏0.8度;然而在相同條件下,覆蓋棉布時,裝置的温度上升攝氏3.5度,而另一種由高密度聚乙烯纖維製成的無紡物料則使温度增加攝氏2.9度。
此外,研究人員還對比了 nanoPE 材料和普通聚乙烯材料的散熱能力。研究發現,普通的聚乙烯材料只能反射環境中20%的可見光,nanoPE 卻能反射99%的可見光,同時讓人體產生的熱輻射通過。
在夏天,人體通過兩種關鍵形式散發熱量——排汗和輻射紅外線。這款具有降温功能的新型智能纖維,具備使人體輻射的紅外線通過的特性,能夠促進人體散熱。
而棉布之類的普通紡織品,雖然可以通過紡織材料上的「網眼」達到對流散熱的效果,卻會攔截人體向外散發出的紅外線熱輻射,故而不利於人體散熱。
這份報告的首席研究作者、史丹福大學材料科學和工程專家 Yi Cui 指出,在未處於運動狀態時,人體大約50%的熱能通過輻射紅外線散發。目前在市面上,沒有任何纖維能夠使紅外線輻射完全通過。
從人體自身調節温度而非通過外部能量進行冷卻,是研究人員的終極目標。「我們會使用冷氣機是為了使身體有更舒適的感受,那麼為什麼不通過調解自身温度來實現呢?」Cui 表示。
nanoPE由聚乙烯改造而成。聚乙烯在日常生活應用中並不少見,例如用於製造保鮮紙、防止電池短路的部件等等。
然而,由於可見光可以透過聚乙烯,如果直接使用聚乙烯製成衣物,或許滿街都會出現「國王的新衣」。因此科學家製造了具有多孔結構的 nanoPE,使其保有透過紅外光的能力,又不致於變成透視裝。在 nanoPE 中,分布着直徑50納米至1000納米不等的孔隙,這些孔隙的直徑範圍覆蓋了可見光波長的範圍(400微米至700微米),因此會讓可見光發生散射,使得材料變得不透明。同時,由於人體自身產生的紅外熱輻射波長為7微米至14微米,nanoPE 便可以讓熱輻射通過。
然而要用 nanoPE 製造衣物,還需要一些加工過程。首先,需要添加化學物質聚多巴胺(polydopamine)塗層進行親水性處理,讓水分子可以輕鬆通過 nanoPE,使得汗液能夠更快蒸發。其次,需要在聚乙烯材料上「打洞」,加強這款新型纖維透氣功能。最後,為了使材料更加耐用,將在兩層納米聚乙烯之間嵌入棉網,創造出三層結構。
這項發明不僅意味着人們可以從自身出發擺脱酷暑,更重要的是,人們能在夏天節約因晝夜不停使用冷氣機而消耗的能源。麻省理工大學的納米工程師 Svetlana Boriskina 指出,調節攝氏1度至4度,已經能夠節約在建築物裏使用冷氣機所消耗能量的45%。倘若這項發明得以實現,便能極大地減少二氧化碳的排放量。
研究人員下一步需要考慮的,或許是如何節約生產「塑膠衣服」的成本,並增加材料的舒適度,從而吸引消費者青睞,也讓消費者不會認為「裹着保鮮紙」不舒適自在。據研究人員透露,未來這款新材料不僅可以用來加工衣物,還可用於製造野外帳篷、大型建築、汽車輪胎等。
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