布料里“装空调”有望成真

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    酷暑难耐，即便身着薄衣，人还没动，汗先下来了。要是有一件衣服，能在大太阳底下自动吸热，让人始终感觉凉爽，是不是有点像科幻片？北京大学材料科学与工程学院教授邹如强团队，还真把这事做成了。相关成果日前发表于《自然·通讯》。
    这背后的功臣，是一种叫“相变材料”的神奇物质。在智能穿戴与个人热管理领域，相变材料被公认为革命性的热管理解决方案。邹如强表示：“简单说，它就像藏在布料里的‘智能空调’：外界温度高了，它就把热量悄悄吞掉存起来；温度降下来，它再把热量慢慢吐出去。有了它，衣服成了一座可以自动调节温度的微型气候站。”
    然而，这一技术从实验室走向日常生活，长期受困于一个核心矛盾：若要追求高储热密度，材料往往机械性能脆弱、易泄漏且导热性差；若为了结构稳定而牺牲储热能力，则又失去了调温的实际意义。这一“性能权衡”难题，严重制约了可穿戴装备的规模化应用。
    研究团队独辟蹊径，用一种精巧的办法破解了这一难题。他们像盖房子一样，在微观世界里给相变材料搭建了一个既结实又通透的“安乐窝”。“我们往材料里掺入微量的碳纳米管，它细得如十万分之一的头发丝，却能当‘钢筋’撑起骨架，还能当‘高速路’让热量快速通过。同时，我们还构建了一种‘三维互穿聚合物网络’，把那些负责吸热放热的相变小分子精准地约束其中——这样，即便温度升高，相变小分子熔化为液体趋向流动时，也会被笼子牢牢锁住，一滴都漏不出来。”
    这一招“四两拨千斤”，效果惊人。研究团队纺出来的相变纤维，储热能力几乎拉满，单位重量能吸收的热量是同类材料顶尖水平。而且这纤维亦极为柔韧，拉伸至原长十五倍也不会断裂。这种高性能纤维可直接兼容商用纺织设备，在剪裁、缝纫、织造等环节中无缝衔接，加工完好率超过98%，为产业化应用铺平了道路。
    邹如强介绍，为验证实际调温效果，团队还将相变纤维织造成衣，并进行了多场景真人穿戴测试。盛夏正午，穿上这件调温马甲，比普通聚酯纤维马甲表面温度可降低8℃，穿戴者反馈，“后背那种被烈日炙烤的灼热感一扫而空，仿佛一直站在阴凉地里”。更值得一提的是，纤维经过了百余次循环融化—凝固的“极限疲劳测试”，储热能力几乎没降，依旧保持稳定。
    “这套思路，不仅仅是造出一种新布料，更为下一代智能热管理材料开辟了新路径。”邹如强表示，从为消防员打造隔热的特种防护服，到为航天员构建舒适的舱内微气候，再到帮助运动员在赛场上保持最佳状态，甚至为建筑外墙披上一层能自主“呼吸”的节能皮肤——这项技术为高效、精准、自适应的热能管理提供了坚实的材料基础。它不仅是科学上的一小步，更对推动国家“双碳”目标实现、提升人类在极端环境下的生存质量具有深远价值。
    【新知解码】
    什么是相变纤维
    假设你从健身房出来，浑身发烫，便想立刻钻进恒温22℃的房间——相变纤维就像在皮肤周围建了一个“隐形温控舱”。
    准确来说，作为相变材料之一，相变纤维是一种能够感知温度变化并自动调节热量的智能材料。相变纤维的精髓是：不再靠厚厚的棉花把热捂住，也不靠透气孔把热放掉，而是像海绵吸水一样，把热量“吸”进材料里储存起来，冷了再“挤”出来。如何实现这一过程？早期多采用微胶囊技术，将相变物质包裹后嵌入纤维。而如今，以我国科学家最新突破为代表的前沿工艺——纳米结构限域法，既实现了高效调温，又从根源上杜绝了泄漏。如今，从航天服到户外装备，从婴儿睡袋到节能窗帘，相变纤维正让衣物从“被动保温”升级为“主动控温”的智能系统。

来源：光明日报