零能耗辐射制冷织物

图1 零能耗制冷纤维织物制备技术示意图

零能耗智能制冷织物将光电超材料技术与智能纺织技术结合，旨在将随机结构排布的微纳材料与批量制备工艺相结合制备多材料功能纤维，引入特定波段光学反射与辐射能力的新特性，构建在阳光直射的室外环境下具有显著的降温效果（1-30°C范围内可控）的零能耗辐射制冷智能织物（图1），是材料-光学-纺织技术的跨领域多学科协同创新。

图2 零能耗智能制冷织物初步结果示意图：(a) 多材料纤维实物展示图；(b) 多材料纤维光学照片；(c) 多材料纤维缝纫照片；(d) 制冷织物实物展示图；(e) 制冷织物光学照片。

基于多材料纤维及纤维束制冷纱线结构设计和光学材料调控，批量纤维制备工艺已获得均匀连续的制冷纤维（图2 a, b），纤维强度足以利用缝纫机在商用面料上进行任意文字和形状的绣花。在此基础上，进一步利用纺纱和织造技术，得到在太阳辐射波段具有＞90%反射率、在中红外波段具有＞90%发射率的、经纬编织的光学超材料制冷织物（图2 d, e）。

图3 零能耗制冷织物模拟测试。(a) 制冷织物样品降温测试结果曲线图；(b) 制冷织物样品与商用织物样品降温测试对比结果曲线图；(c) 制冷织物样品与商用防晒衣样品降温测试对比结果曲线图。

经严格的测试，零能耗制冷织物样品可实现全天低于环境温度2-10℃的良好辐射制冷效果（图3a）。在此基础上，对样品织物、一系列商用织物（棉、氨纶、雪纺、麻布、防晒衣）以及模拟裸露皮肤进行对比降温测试（图3 b, c），在正午太阳辐射功率最强的整个时间段，织物样品低于不同商业面料5-7℃，低于不同品牌的防晒衣3-7℃。进一步在人体皮肤表面和小车模型内部进行降温测试（图4），与普通棉织物相比，智能制冷织物覆盖的人体皮肤表面可低~3℃，小车与空白小车的差值温度可达~30℃，与反光车罩覆盖的小车的差值温度可达~27℃，具有优异的降温效果。

图4 零能耗制冷织物降温测试。(a) 人体降温测试红外图；(b) 小车模型降温测试。

零能耗制冷织物可对人体局部微环境实现高效的热学调控，提供一种低成本、零能耗、高效的个人热管理方案，颠覆传统制冷技术，尤其是克服室外人体热管理技术固有的低效率、高能耗、大体积等瓶颈问题，并缓解传统制冷耗能导致的碳排放；零能耗制冷织物体系基于批量纤维制备技术以及先进纺纱织造工艺，具有零功耗降温、低成本、可产业化批量生产特征，与现有纺织行业相兼容，适合大规模推广制备和产业化应用；零能耗制冷织物秉持可持续发展的理念，采用可降解的服用聚合物材料和低成本的微纳颗粒为原料，打造低排放、可循环、绿色环保、柔软亲肤、舒适透气的可穿戴终端产品。应用前景广泛，可用于包括高端智能服装、特种服装、高端先进建材、个人热管理装置、冷链系统、智能仓储系统等领域，对纤维新材料技术和高端纺织产业的发展具有里程碑式的意义。