崔屹Nat. Commun.：保温利器-具有纳米孔洞的金属化聚乙烯织物

【引言】

能源消耗是目前人们面临的一个重要难题，其中，居室温度调节所消耗的能量是总体能源消耗中的重要组成。与升高整个房间温度相比，若能实现人体局域的温度的调节，那么无疑会大大降低能量的消耗。而当人们在室内处于静止状态时，人体热量有50%以上是通过红外热辐射流失的。因此，如果人们所穿的衣物能减少人体对外界的红外辐射，那么无疑会提高衣服的保温效果，进而大大降低冬天供暖带来的能耗。

【成果简介】

近日来，斯坦福大学的崔屹教授团队在Nature Communications上发表了题为Warming up human body by nanoporous metallized polyethylene textile的文章，指出了未来利用金属化聚乙烯制造具有优越保温性服饰的可能。该团队成功构建了一个一维稳态热传递模型，得出了在寒冷环境中人体皮肤温度恒定条件下，衣物红外性能和外界温度的关系。研究发现，织物外表面的红外辐射率对衣服的保温性能有重要影响，而织物内表面的红外辐射率对保温性能几乎没有影响。该团队进而设计了一种低红外辐射率（10.1%）的具有纳米孔洞的金属化聚乙烯织物，当穿上这种衣服后，即使外界供暖温度降低7.1℃，人体的舒适度也不会受影响。这一研究成果有望大大降低对居室供暖的需求，进而对未来资源的有效利用和可持续发展产生深远影响。

【图文导读】

图一：人体热传递模型的构建和模拟

a.保证人体舒适度前提下，织物内外表面红外辐射率和外界温度的关系；

b-c.保证良好透气性前提下，传统织物和具有纳米孔洞的红外低辐射率织物的图示说明；

d.金属凸点和金属网筛结构的红外反射率模拟；

e.纳米银/聚乙烯织物的制造过程；

f.银面和聚乙烯面的照片和SEM.

图二：红外光学表征

a.纳米银/聚乙烯金属面、棉、Mylar毯、Omni-Heat的红外反射率;

b.纳米银/聚乙烯外表面、棉、Mylar毯、Omni-Heat的红外辐射率.

图三：热学性能表征

a.测温装置示意图；

b.裸露皮肤和穿着各织物条件下，舒适状态下的外界温度；

c.外界温度和皮肤温度相同条件下，纯棉和棉/银/聚乙烯的厚度比；

d.穿着普通织物和棉/银/聚乙烯织物的人体红外照片.

图四：各织物的适穿性实验

a-c.棉/银/聚乙烯、棉、Omni-Heat、Mylar毯的水蒸气透过速率、吸湿距离和抗拉强度的比较；

d.涂层附着力实验。实验证明了纳米银层和聚乙烯层的强结合力；

e.耐久性实验。实验证明棉/银/聚乙烯的红外辐射率几乎不受反复洗涤的影响；

f.着色实验。

图五：红外性能的可调节性及其它低成本金属涂层的红外性能

a.随化学镀时间不同，不同厚度银膜的SEM照片；

b.不同化学镀时间下的织物红外辐射谱；

c.不同化学镀时间下，织物的平均红外辐射率及其对应的舒适状态下的外界温度；

d.棉/镍/聚乙烯和棉/铜/聚乙烯的红外辐射谱

e.裸露皮肤和穿着纯棉织物、棉/铜/聚乙烯、棉/镍/聚乙烯条件下，舒适状态下的外界温度

【小结】

该研究团队设计了一种具有纳米孔洞、外覆纳米金属涂层的聚乙烯织物，能有效减少人体热量的耗散。在舒适度不变条件下，当人们穿上这种衣服后，外界供暖温度可因此降低7.1℃。这种织物由红外透明（透过率96%）的纳米聚乙烯和高红外反射（反射率98.5%）的纳米金属涂层复合构成，织物外表面的红外辐射率仅有10.1%。进一步的研究表明，该织物具有很好的耐磨性、吸水性、透气性和着色性，作为未来的新型织物，有广阔的应用前景。

文献链接：Warming up human body by nanoporous metallized polyethylene textile(Nature Communication, 8, Article number: 496 (2017) Doi:10.1038/s41467-017-00614-4 )

本文由材料人编辑部学术干货组黄子芸供稿，欧洲足球赛事 编辑整理。

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