冷暖兩用紡織品

文/王春蕾

無論天氣怎樣，你都可以無所畏懼，因為一種新型的、可兩面翻轉穿的服裝均能毫不費力使你的皮膚保持舒適。這是美國斯坦福大學研究人員開發的冷暖轉換織物。

美國家用能耗帶來的啟迪

2017年11月美國期刊《科學進展》發表一篇論文，內容是一位材料科學與工程學教授帶領一團隊，基于日常冰箱用保鮮膜相同的原理研發出一種冷暖雙面織物。作為冷暖服裝的用材，這種兩面紡織品可因氣候的變化改變正反兩面穿著，即可獲得暖涼不同的效應。

這個項目源于研發者對能源效率的興趣和他在納米材料方面的專業知識。他認為，人想要保持一定的溫度范圍，就需要適應性空調化的冷暖系統。這要從美國的能源消耗談起。美國是能源消耗大國，這因此促發了業界的提問：讓衣服直接給個人提供冷氣和供暖不行嗎？在美國所耗能源中，13%是用于室內溫控。但是當恒溫溫度每降1℃時，一棟建筑就能節省高達10%的供熱能源，反過來，制冷也同樣如此。這引發他們的想象。

冰箱保鮮膜的原理

我們的身體有很多辦法控制體溫。當天氣變冷時，人體皮膚上的汗毛就會豎起捕捉溫暖的空氣；超越可忍受冷溫時，皮膚就起雞皮疙瘩，從而肌肉中輻射出更多熱量，以保暖；當天氣熱時，皮膚又會將熱量從體內釋放出來，但若仍然很熱，人體就會流汗。水分從體內蒸發出來帶走熱量。但機械式的功能只能起一定作用。當室溫超出身體承受的溫度時，人們就會伸手開暖氣或空調。

實際上早在2016年，斯坦福研發團隊就宣布解決方案的第一步，即如何讓體熱透過織物釋放出去，使皮膚涼冷下來。雖然這種設計靈感源于透明的、不透水的廚房保鮮膜，但今天研發的全新材料卻是不透明的，透氣的，且保留了將熱量從身體釋放出來的能力。與棉花樣品相比，這類織物經實驗室測試，能降低皮膚溫度2℃，這種所謂的“人造皮膚足以阻止人們開風扇或空調了。該團隊的第一種紡織品可為美國家庭節省20%～30%的能源預算。這是個了不起的成就”。

可轉換溫度的雙層織物

那是個特別寒冷的冬天。研究員帶著裝滿大衣的隨身包去美國明尼阿波利斯市參加會議時突發奇想，他能否制作一種衣服，它既能在溫暖會議室里穿，又能在寒冷的街道上穿呢？這個問題與其他研發人員提出的織物冷卻技術問題如出一轍：除了制造涼爽還能加熱嗎？

研發人員意識到紡織品控制溫度需要雙向特性。于是他們把兩層具備釋熱和產熱兩種功能的材料重疊起來，然后又把它們置于冷卻的聚乙烯層間。

一方面，這類涂層在聚乙烯層和皮膚間獲取熱量；另一方面，碳涂層在另一層聚乙烯上釋放熱量。當涂層向外釋熱時，這種材料就能在寒冷天吸收熱量并保持皮膚溫暖。當碳涂層向外穿時，這種材料可釋熱，這樣就能使穿戴者保持涼爽。

研發專家預測說，這種夾心材料的潛在舒適度提升范圍要大很多，甚至可提高10℃左右。正反兩面可使人體皮膚溫差達到或接近25℃。消費者穿這樣的紡織品，在寒冷氣候條件下，根本就不需要中央供暖。自身穿的衣服即能調節體溫，何樂而不為。

在理想狀況下，人要把紡織材料穿在身上，首先需要將其制成纖維編織結構，而機織織物更結實，更有彈性，更舒適，看起來更具可比性，此外，織物還可多次洗滌。要實現這一步，專家借用了納米光子技術。他們認定這是個重大機遇。在他們看來，這項工作確實強調了將熱力工程概念與納米光子相結合，能創造新的節能模式，這實屬新型功能。

該團隊的目標是創造一種制造簡單、實用的冷暖兩用紡織品，世界各地的消費者都可穿它并節省能源。然而斯坦福研究人員并不因此罷休，他們希望，這類衣物具備醫療的功效，甚至是在織物上可印刷娛樂節目。

創意是從突發奇想開始的，而要落實創意則需要大量合作。要研發這類冷暖兩用服裝，還任重道遠。毫無疑問，僅僅靠幾個研究人員是完成不了的，他們需要與其他相關紡織企業、熱學材料專業人士、設計專家等等展開合作。只有不畏艱險不斷進取，善于探索的研發者才能使其脫穎而出。

(據美國《科學日報》近期資料https://www.sciencedaily.com/releases/2017/11/171113105235.htm）