炎炎夏日

是不是只想待在有空调的地方

如果有一件能自动降温的衣服

想不想试试随身“空调”的凉爽

DOI: 10.1126/science.abi5484

近日，在Science上发表了一篇文章，华中科技大学武汉光电国家研究中心陶光明研究小组和浙江大学光电科学与工程学院马耀光研究小组合作将光电超材料技术与批量纤维制备技术相结合，选用绿色环保、生物可降解的聚乳酸（PLA）为纤维原料，引入特定波段光学新特性，获得了均匀连续的超材料纤维，该纤维具有优异的力学强度，可以利用缝纫机在商用面料上进行任意文字和形状的绣花。在此基础上，进一步利用纺纱织造和层压技术，得到在太阳光波段（0.3-2.5 μm）具有92.4%反射率、在中红外波段（8-13 μm）具有94.5%发射率的超材料织物。

图1用于日间辐射冷却的超材料织物示意图。

作者在不同地点经过严格的测试，在无源输入条件下，超材料织物可实现全天低于环境温度2-10℃的优异制冷效果（图2）。借助大气透明窗口（8-13 μm）增强热量与外部寒冷空间的热交换，并对整个太阳辐射波段（0.3-2.5 μm）实现高效的阻挡。超材料织物在阳光直射的室外环境下展现了显著降温效果，如同无源轻便地随身空调，让使用者感受到极大的凉爽舒适感。

图 2 超材料织物的降温性能测试：(a) 测试装置示意图和样品照片，比例尺5 cm; (b) 超材料织物24小时连续制冷性能测试曲线图（广州，2020年12月5-6日）

研究者对多尺度的光学层级结构进行优化，有效调谐超材料织物在太阳光谱上精准的光学响应，并将黑体辐射达到极限，展现了比以往工作更优异的功能。此外，对随机结构超材料的再创造并没有增加制备难度及设备成本，可以与整个成熟纺织行业相兼容。该研究具备零能耗、低成本、可产业化批量生产等显著特征，为大规模推广制备和产业化应用奠定了基础。

近年来，基于辐射制冷原理，利用织物内部波长/亚波长尺度的微结构来实现对太阳辐射波段和红外波段的光谱调控织物，在个人热管理领域逐渐受到重视。

DOI: 10.1016/j.nanoen.2020.105695

2021年1月青岛大学青岛大学龙云泽教授团队发现通过静电纺丝技术获得的聚偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物（PVDF-HFP）纳米纤维膜可以有效地散射阳光，同时发射与大气窗口相匹配的红外线以实现有效散热。在制备过程中，静电场可有效极化PVDF-HFP，使其获得良好的压电性能，从而用于监测膜功能的完整性。

为了测试实际散热效果，设计了控制实验。采用两个等体积的塑料泡沫箱来减少传热，水泥混凝土屋面模拟真实屋面。实验组最上层覆盖铝箔和PVDF-HFP纤维膜。PVDF-HFP纳米纤维具有反射阳光和发射红外线的作用。残留的透射光可以通过铝箔进行反射。同时，铝箔也可以作为单电极纳米发电机的电极材料。结果可以看出，PVDF-HFP纤维膜使箱内温度比对照组降低了约10◦C，达到了亚环境温度的下降。此外，PVDF-HFP的压电效应拓宽了PDRC的功能，使其不仅可以在炎热的天气中进行被动辐射冷却，还可以在雨天收集雨滴的机械能并实时监控降雨量。

为了实现高制冷性能，选择性发射器的设计和制造至关重要，发射在透明窗口中占主导地位，合适的光谱选择可抑制周围热辐射的寄生吸收。近来，研究者对具有定制光谱响应的各种材料和结构进行了研究，以实现白天辐射制冷的效果。然而，大多数报道的辐射制冷材料都具有覆盖整个中红外波长的宽带吸收/发射。

DOI: 10.1038/s41565-020-00800-4

2020年11月，南京大学朱嘉、朱斌等人证明了通过对卷静电纺丝工艺构建了PEO纳米纤维的薄膜能够实现选择性的中红外发射、有效的阳光反射，具有出色的全天辐射制冷性能。具体而言，C–O–C（1,260–1,110 cm-1）和C–OH（1,239–1,030 cm-1）键在8–13μm波长范围内具有78％的选择性发射率，并且纳米纤维的设计具有控制直径可以在0.3–2.5μm波长范围内实现96.3％的高反射率。

与夜间的非选择性发射器相比，该选择性热发射器的冷却性能提高了约3°C，在日光下，其环境温度降低了5°C。此外，作者还分析了这种分层设计的选择性热辐射源对减轻全球变暖和调节地球状行星温度的影响，并显示出显著的优势。凭借其出色的冷却性能和可扩展的工艺，这种分层设计的选择性热辐射器为通向全天候辐射制冷材料的大规模应用开辟了一条新途径。

据悉，目前，华中科技大学武汉光电国家研究中心陶光明研究小组和浙江大学光电科学与工程学院马耀光研发团队已将超材料织物初步应用于口罩和防护服，与传统医用防护材料相比，防护用降温纺织品材料成功实现了户外的有效降温，进一步研发后有望在保持防护服防护的基础上让医护工作者具有更好的热舒适。同时，也希望这个颠覆传统制冷方法的理念，能尽快实现其他高效的户外个人热管理，为所有人降温。