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一種分級結構的超材料織物亮相 與整個紡織行業相兼容


7月11日,記者從華中科技大學獲悉,該校陶光明團隊與多個科研單位交叉學科創新,突破性地研發了一種具有形態分級結構、可大批量制備的光學超材料織物(簡稱超材料織物),相較于白色棉織物,該織物對人體體表降溫近5℃,具有優異的可穿戴性,并與整個紡織行業相兼容,適合大規模推廣制備和產業化應用。

基于輻射制冷的原理和形態分級的設計理念,團隊提出了一種形態分級結構的超材料織物,根據織物空間結構、纖維結構、以及纖維內部納米結構,在不同空間、不同尺度上進行分級,形成了一種宏觀有序、微觀隨機的形態學分級體系。根據該結構設計,將從太陽輻射波段到中紅外波段(0.3-25μm)的光譜分為三段,交由超材料織物中的不同級次響應,最終實現紫外、可見-近紅外及中紅外波段的寬光譜精準調控,有效避免不同波段光譜的串擾,優化光譜響應效率。

研究團隊將光學超材料技術與批量纖維制備技術相結合,選用綠色環保、生物可降解的聚乳酸為纖維原料,獲得均勻連續地超材料纖維。在此基礎上,進一步利用紡紗織造和層壓技術,得到的超材料織物在太陽光波段(0.3-2.5μm)具有92.4%反射率、在中紅外波段(8-13μm)具有94.5%發射率,并且具有低成本、綠色環保、可產業化等優勢。

經嚴格的測試,在無源條件下,超材料織物可實現全天低于環境溫度2-10℃的良好制冷效果。借助大氣透明窗口(8-13μm)增強熱量與外部寒冷空間的熱交換,并對整個太陽輻射波段(0.3-2.5μm)實現高效的阻擋。

在正午時段的模擬人體皮膚測試中,相較于同色的商用織物(棉、氨綸、雪紡、麻),超材料織物下的模擬皮膚溫度可低5-7℃。在對汽車模型的降溫測試中,覆蓋超材料織物的模型內部溫度相較于市售車罩可降溫27℃,相較于無織物覆蓋的模型可降溫30℃。

該研究成果以“無源制冷光學超織物用于可擴展的日間被動輻射制冷”為題在Science期刊上發表。論文的第一作者是華中科技大學武漢光電國家研究中心碩士生曾少寧、浙江大學光電科學與工程學院博士生片思杰,論文通訊作者是陶光明教授和浙江大學光電科學與工程學院的馬耀光教授。該項目合作單位還包括山東賽動新能源科技有限公司、武漢紡織大學、青島大學、中國紡織科學研究院有限公司,該研究工作得到了國家自然科學基金委員會的經費支持。

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