為了應對由氣候變遷引起的日益增加的熱浪,研究人員開發了一種能夠減少來自陽光和附近建築物的熱輻射的布料。研究人員將此布料命名為光譜選擇性分層布料(Spectrally Selective Hierarchical Fabric , SSHF),該團隊的研究詳情發表在《科學》期刊上。
根據芝加哥大學普茲克分子工程學院(PME)研究人員的說法,他們的先進布料除了應用於衣物外,還可用於建築、汽車設計和食品儲存。
為了防止刺眼的陽光對路人造成傷害,現有的戶外運動降溫布料會以分散的方式反射陽光。然而,在城市熱島中除了陽光之外,還有其他熱源。來自地面和建築物的熱輻射對城市居民造成來自下方和側面的熱影響,而陽光則從上方照射。
「人們通常關注的是降溫紡織品的性能或材料設計。要製作一種能夠應用於現實生活的紡織品,你必須考慮環境因素。」芝加哥大學普茲克分子工程學院(PME)的博士後研究員,該研究的共同作者吳榮輝(Ronghui Wu)說道。
例如,當人們站在陽光下時,他們可能會穿著反射直射陽光的材料,但實際上只有大約3%的衣物(如帽子、肩部和鞋面)直接面向陽光。其餘97%的衣物則受到來自側面和下方的熱輻射影響,普通的廣泛散熱布料無法有效抵禦這些熱源。
此外,太陽和人行道產生不同類型的熱量,這對工程設計提出了重大挑戰。研究團隊需要創造一種能夠有效保護穿戴者免受這兩種熱量影響的材料。由於太陽光是可見光,而城市熱島中建築物和人行道的熱輻射是紅外線,研究人員必須設計一種同時具有兩種不同光學特性的布料。
SSHF 的設計有三層:頂層能讓特定的熱量逸散到大氣中,中間層由銀奈米線製成,阻擋熱量進入,底層是羊毛層,將皮膚的熱量傳導到中間層。由於其獨特的奈米-微纖維結構,SSHF 能反射97%的陽光。測試顯示,這種材料和戶外耐力運動布料相比,可降溫2.3攝氏度(4.1華氏度),和商業化的絲綢相比,可降溫8.9攝氏度(16華氏度)。
除了用於紡織品之外,PME 團隊的創新紡織品還可以作為輔助昂貴且高耗能系統的被動冷卻系統,應用範圍遠不止於服裝。該材料還可以用於運輸和保存如牛奶等在高溫下容易變質的物品,從而減少對冷藏的需求,能節省大量的冷卻、電力和能源成本。