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一种分级结构的超材料织物亮相 与整个纺织行业相兼容


7月11日,记者从华中科技大学获悉,该校陶光明团队与多个科研单位交叉学科创新,突破性地研发了一种具有形态分级结构、可大批量制备的光学超材料织物(简称超材料织物),相较于白色棉织物,该织物对人体体表降温近5℃,具有优异的可穿戴性,并与整个纺织行业相兼容,适合大规模推广制备和产业化应用。

基于辐射制冷的原理和形态分级的设计理念,团队提出了一种形态分级结构的超材料织物,根据织物空间结构、纤维结构、以及纤维内部纳米结构,在不同空间、不同尺度上进行分级,形成了一种宏观有序、微观随机的形态学分级体系。根据该结构设计,将从太阳辐射波段到中红外波段(0.3-25μm)的光谱分为三段,交由超材料织物中的不同级次响应,最终实现紫外、可见-近红外及中红外波段的宽光谱精准调控,有效避免不同波段光谱的串扰,优化光谱响应效率。

研究团队将光学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为纤维原料,获得均匀连续地超材料纤维。在此基础上,进一步利用纺纱织造和层压技术,得到的超材料织物在太阳光波段(0.3-2.5μm)具有92.4%反射率、在中红外波段(8-13μm)具有94.5%发射率,并且具有低成本、绿色环保、可产业化等优势。

经严格的测试,在无源条件下,超材料织物可实现全天低于环境温度2-10℃的良好制冷效果。借助大气透明窗口(8-13μm)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(0.3-2.5μm)实现高效的阻挡。

在正午时段的模拟人体皮肤测试中,相较于同色的商用织物(棉、氨纶、雪纺、麻),超材料织物下的模拟皮肤温度可低5-7℃。在对汽车模型的降温测试中,覆盖超材料织物的模型内部温度相较于市售车罩可降温27℃,相较于无织物覆盖的模型可降温30℃。

该研究成果以“无源制冷光学超织物用于可扩展的日间被动辐射制冷”为题在Science期刊上发表。论文的第一作者是华中科技大学武汉光电国家研究中心硕士生曾少宁、浙江大学光电科学与工程学院博士生片思杰,论文通讯作者是陶光明教授和浙江大学光电科学与工程学院的马耀光教授。该项目合作单位还包括山东赛动新能源科技有限公司、武汉纺织大学、青岛大学、中国纺织科学研究院有限公司,该研究工作得到了国家自然科学基金委员会的经费支持。

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