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天淳毛纺;科学家研制出一种新面料,能够自动调节透气性和温度
日期:2019/2/15 16:45:50
天淳毛纺;近日消息,美国马里兰大学的研究人员创造了一种能够自动调节通过其热量的织物。当外界环境条件温暖和潮湿时,例如在夏天出汗的情况下,织物允许红外辐射(热量)散出。当外界环境条件变得更凉爽和干燥时,织物会减少散发的热量。2019年2月8日的《Science》杂志报道了这一研究。


 

尽管技术人员在具有高科技热性能的织物上进行了数十年的创新,可以使马拉松运动员保持凉爽或使高山徒步旅行者保持温暖,但截止到目前,还从未有过改变自身隔热性能以响应环境变化的材料诞生。


 

近日消息,美国马里兰大学的研究人员创造了一种能够自动调节通过它的热量的织物。当外界环境条件温暖和潮湿时,例如在夏天出汗的情况下,织物允许红外辐射(热量)通过。当外界环境条件变得更凉爽和干燥时,织物会减少散发的热量。2019年2月8日的“科学”杂志报道了这一研究。


 

研究人员用涂有导电材料的特殊功能纱线制作了这种面料。在炎热、潮湿的条件下,纱线束紧致并激活涂层,这改变了织物与红外辐射相互作用的方式。他们将这种功能称为红外辐射的“门控”,通过这扇“门”的打开和闭合,可以调节传输或阻挡热量。


 

“这是第一次我们可以动态的控制材料的红外辐射的技术,”马里兰大学化学和生物化学教授YuHuang Wang表示,他是指导该研究的论文作者之一。
这种新纺织品的基础纱线是由两种不同的合成材料制成的纤维:一种吸水,另一种疏水。这些纱线表面涂有碳纳米管涂层,这是一种特殊的轻质碳基导电材料。因为这种纤维材料既能吸水又能疏水,所以当它暴露于诸如出汗的人体周围的湿气时,纤维会弯曲,这种变形使得纱线更紧密地结合在一起,这有两个作用:首先,打开织物中的毛孔,产生小的冷却效果,因为它允许热量散出。其次,最重要的一点,它改变了涂层中碳纳米管之间的电磁耦合。可以把这种耦合效应想象成无线电天线的弯曲,从而改变与之共振的波长或频率。


 

这是一种非常简单的方式,可以想象一下把两个天线靠得很近来调节它们接收到的电磁波。当纤维靠得更近时,它们所受到的辐射就会发生变化。在服装中,这意味着面料与人体散发的热量相互作用。根据调节的不同,这种织物要么阻挡红外辐射,要么允许它通过。这种反应几乎是瞬间产生,所以在人们意识到变热之前,衣服就已经在给他们降温了。在另一方面,当一个物体冷却下来,动态门机制在反向工作,以捕捉热量。这篇论文的另一位通讯作者,UMD的物理学教授闵欧阳说:人体是一个完美的散热器。纵观历史,调节散热器的唯一方法就是脱掉或穿上衣服,但这种结构是真正的双向调节器。根据《科学》的这篇论文,这是首次证明纺织品能够调节与环境的热交换。


 

德克萨斯大学(University of Texas)化学教授雷·鲍曼(Ray Baughman)说:这项开拓性研究工作为调节舒适的衣服提供了一种令人兴奋的新特性,纺织品会随着汗液或温度的升高而增加孔隙度,同时纺织品也会传输与体温相关的红外辐射。然而之前还没有人找到一种方法来改变纺织品的孔隙度和红外透明度,从而根据环境条件提供更多的舒适性。在这种织物商业化之前还需要做更多的工作,但据研究人员称,用于基纤维的材料很容易获得,而且在标准染色过程中很容易添加碳涂层。能够将这种‘门控’现象应用到一种能够改善服装和其他面料功能的纺织品开发中,非常令人兴奋。


 

“我认为能够将这种门控现象应用于能够改善服装和其他面料功能的纺织品的开发是非常令人兴奋的,”欧阳说。


 

延伸阅读:

智能服装终于找到突破口:石墨烯+智能化+大数据,千亿级风口!

在爱家科技的办公室,稍不留神就会错过很多小机关:会议室墙上的画和地上的毛毯竟是发热的,屋子里居然不用再开热暖风。“它们都是用石墨烯做的,在通电情况下可以发热!”爱家科技创始人陈利军拍着身上的红色羽绒服说。
  
来自北京的创业者正在颠覆石墨烯的应用。爱家科技将研发定位在“轻应用”领域,做起了石墨烯材料的智能服饰,最前沿的材料“黑科技”来到普通用户生活中,迈进了和消费者息息相关的智能穿戴领域。


 

石墨烯衣服能发热也能水洗
  
10月,爱家科技成为首家石墨烯轻应用行业新三板挂牌企业,在石墨烯圈内又“火”了一把。这个月内,他们的办公室经常迎来慕名参观的人们,大家最好奇的是“石墨烯怎么能做衣服”,陈利军总是先“科普”起石墨烯这个近年大热的词。
  
陈利军介绍说,石墨烯因其发现者在2010年获得诺贝尔奖,才被公众广泛熟知。它是从石墨材料中剥离出来、由碳原子组成的只有一层原子厚度的二维晶体,“材料非常轻薄,只有0.3纳米,坚硬程度却是钢铁的200倍,还具备导热导电、结实和透明的特点,外号是 黑金 和 新材料之王 。”
  
爱家科技所做的,是把“高大上”的材料明星与纺织物结合起来,用物理和化学方式改变石墨烯内部结构、配比分散液、用浆料和纤维进行织布……依托与其深度合作的石墨烯新材料研究中心,爱家科技在今年上半年终于研制出了“能穿”的石墨烯织物材料。
  
他拿起一件新衣进行示。外观上,石墨烯布料更加柔软可弯曲,性能上可水洗,最重要的是它利用超强的导电导热性能作为智能服装的发热材料,并可为人体提供红外理疗功能。
  
“零下30摄氏度的气温时,穿再多的衣服其实也无济于事,登山者、特种工人等群体需要可发热的服饰,我们选择从消费能力较强的女性群体切入。”他说,爱家科技正在涉足垂直细分市场,针对女性用户研发的石墨烯发热暖宫产品Black T(意为“黑科技”)在前天刚刚上线,它以石墨烯作为发热载体,5V安全电压供电,通过手机APP就可进行精确温控。
大数据遇到新材料可变现
  
“石墨烯+智能化+大数据”,是陈利军总结的创业模式。石墨烯板块就是看得见、摸得到的产品,它们还能更“聪明”。
  
“我们把石墨烯压力传感器和心率传感器应用到服饰中,还可以采集人体的心率、血氧等健康数据。”陈利军说,衣服和手机之间通过蓝牙连接,通过对这些数据进行分析,消费者无需佩戴其他智能穿戴产品,就能掌握自身的健康状态。
  
一旦当用户量级达到一定规模,就能形成可变现的行业大数据了。企业可以了解消费者的行为习惯和消费需求,进行更精准的市场决策。通过大数据,服装公司就会更了解其消费者的穿戴习惯,可与用户进行互动,例如当用户进商场时就会收到商家的红包,这样的场景其实就完成了产业链的闭环。
  
不只是智能穿戴,石墨烯还有更多的应用新场景,最应景的当属采暖。“家里地板下铺一层薄薄的石墨烯发热膜,能达到自采暖的效果。现在南方很多城市冬天没有暖气,在南方的市场预计会更大。”陈利军说。


 

或突破智能穿戴发展瓶颈
  
在电子科技圈,陈利军小有名气,他曾是爱国者最年轻的副总裁。偶然的机会,他接触到了石墨烯行业。
  
“一种新材料对产业的进步和经济的腾飞具有巨大推动力,二战后的日本就是借助硅实现了经济腾飞。”陈利军说,石墨烯将会带来一场新的技术革命,但重应用领域需要投入大量人力、物力和财力,需要十年甚至二十年的研发周期。“开始想过做电池,但这不是一个轻体量公司能做的事儿,不过智能服装这样的轻应用就能把石墨烯的优质性能快速绽放出来。”
做智能加热服饰,正是源于陈利军对智能穿戴市场和服装业的判断。第三方数据显示,智能服装被看作是最具发展潜力的门类,2016年智能服装预计将出货2600万件,成为出货量最大的品种。
  
想法容易但做起来难,爱家科技自创始以来,头三年做的事儿就是研发。陈利军和团队科研人员整天泡在研发中心实验室,不断进行配比实验,历经了成百上千次的试错。三年后,核心技术终于研制成功,羽绒服、马甲、护具、家纺等几十款功能性服装陆续量产,获得了不错的市场反响。
  
“智能穿戴设备诞生四年了,不知不觉中已经到了瓶颈期,在人体大数据提取方面并没有预想中顺利,增长缓慢的服装行业也正在寻找新的增长点。”陈利军说,从人们穿衣的生活刚需来考虑,智能服装会成为最新的智能穿戴设备,或将成为下一个风口。

杭州天淳毛纺编辑整理。

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