斯坦福崔屹发明新智能布料：想散热还是御寒？翻个面就能切换

          如果有一件衣服，正着穿可以帮助散热，反着穿可以抵御寒冷，是不是听起来很匪夷所思？但美国斯坦福大学崔屹团队的一项研究表明，这并不是忽悠人，而是有科学依据，有望制成的。
         北京时间11月11日，美国科学促进会（AAAS）下属的学术期刊《科学进展（Science Advances）》发表了崔屹团队的最新研究成果。在纳米多孔聚乙烯材料中嵌入双层发射极后，形成的织物可以在不需要电线、外来电源的情况下，具有降温和保暖两档功能，且切换功能时仅需调整织物的正反面。这将拓宽人们对环境温度的舒适范畴，增强皮肤对环境的适应性。
         保持稳定的体温是生理功能的重要基础。在冬天和夏天，人们除了增减衣物，改变身体与环境之间的热交换之外，只能通过开空调等改变环境温度的方式来让体温保持在正常水平。据统计，全球13%的能源消耗是在空调上。
         崔屹团队希望通过纳米技术，研发智能布料，以调控红外辐射率的方式来改变体温，减少相关能源消耗。要知道，在绝对零度以上的物体都辐射红外能量。人体静止时40%-60%的散热是通过红外辐射。
         在2015年和2016年，崔屹团队分别发明了两种智能布料。一种是在常规的织物上增加金属纳米涂层，将红外辐射折射回人体，起到保温的作用。另一种则是从家庭常用的保鲜膜（聚乙烯）上取经，将其改造成纳米多孔聚乙烯，在保证红外辐射可通过的同时，解决了保鲜膜对可见光透明的问题，成为一种可降温的织物。
         而这次的最新研究成果，崔屹团队发明了一种鱼与熊掌兼得的材料，可在降温和保暖两档功能之间切换自如。
         这款新材料的设计核心在于，将非对称发射极嵌入到不同厚度的纳米多孔聚乙烯中。选择什么材料作为发射极，以及用什么制备方法是难点。
         最终，崔屹团队分别选择了碳和铜作为两层发射极涂层的材料。碳能很好地吸收中红外辐射，是理想的高发射率材料。与之相反的，金属会对中红外辐射进行反射，是合适的低发射率材料。
         以碳为材料的高发射率层、以铜为材料的低发射率层分别放于一层纳米多孔聚乙烯之上。随后，研究人员将两层发射极层叠放在一起，形成纳米多孔聚乙烯-高发射率层-低发射率层-纳米多孔聚乙烯，这样的结构。但靠近发射极层的纳米多孔聚乙烯厚薄不同，碳发射极一侧的厚度为24微米，铜发射极一侧的厚度为12微米。
         为了验证效果，研究人员用人工皮肤进行实验。在裸露的情况下，皮肤温度为31摄氏度。盖上商店里普通运动衫的布料时，人工皮肤的温度升为36.9摄氏度。
         新材料的表现呢？崔屹团队发现，在降温模式，也就是将靠近碳发射极的一面朝外时，人工皮肤的温度下降为33.8摄氏度；在保温模式，也就是将织物翻个面，以靠近铜发射极的一面朝外时，人工皮肤的温度回升到40.3摄氏度。换而言之，在无需其它帮助下，这款新材料可调控6.5摄氏度的体温波动。
         进一步地，研究人员发现，这种材料之所以能兼备两种截然不同的功能，不依赖于材料发射率的绝对值，而在于发射率的差值。只有铜发射极或只有碳发射极的织物没有如此好的温度调控能力。
         通过数值拟合，崔屹团队预测，将发射率的差值增大后，这种织物的温度调控差可达14.7摄氏度。