北大研发相变智能马甲,无源降温8℃,突破纺织热管理不可能三角


盛夏酷暑,相变长时间户外活动极易引发中暑,智能织热传统遮阳手段如帽子、马甲手持风扇往往难以从根本上解决体表过热问题。无源若能拥有一件能主动调节体表温度的降温智能马甲,在烈日下依然保持清凉,℃突这一愿景如今已成为现实。破纺
今年三月,管理北京大学邹如强教授团队在国际权威期刊《自然·通讯》(Nature Communications)发表最新成果,相变成功将微型热调控系统植入织物结构。智能织热他们研发出一种新型功能性纤维,马甲由该纤维制成的无源马甲,其表面温度较普通聚酯材质同类产品可降低 7至8℃。降温
核心原理:相变储能与微气候调控
这一显著降温效果的℃突核心,在于材料内部嵌入的破纺相变储能机制。相变材料(PCM)在固液相变过程中,能够大量吸收或释放潜热,而自身温度保持相对恒定。这种物理特性赋予了材料天然的热缓冲能力。
形象地说,这相当于在布料中织入了无数个“微型温控单元”:
* 吸热阶段:当环境温度升高,材料悄然吸收热量并储存,防止体表温度急剧上升;
* 放热阶段:当外界温度降低,材料缓慢释放蓄热,维持局部微气候稳定。
整个过程完全无源(不依赖外部能源),且无明显温度波动,实现了高效的热管理。
技术突破:破解“不可能三角”
长期以来,相变材料在纺织领域的实用化面临严峻挑战,即储热性、导热性与机械强度之间的“不可能三角”:
1. 高储热密度往往伴随材料脆性大、易泄漏的风险;
2. 结构强韧的织物又难以承载足量的相变组分,导致调温功能微弱。
此次研究的关键突破,在于构建了一种协同增强的复合结构:
* 骨架增强:引入极微量碳纳米管作为增强骨架,既提升了整体力学性能,又形成了高效导热通路;
* 精准限域:通过三维互穿聚合物网络,将相变活性分子精准限域其中。
该结构能在相变组分熔融为液态时牢牢锁定其位置,彻底杜绝渗漏,同时赋予材料优异的柔韧性与回弹特性。
产业化前景:无缝对接现有产线
由此制成的相变纤维,兼具高储热效率、良好延展性与工业适配性。其最大优势在于可直接接入现有纺织生产线,在纺纱、织造、裁剪及缝制等全流程中实现无缝集成,为规模化量产扫清了技术障碍。
实测数据:显著优于传统面料
研究团队据此制成原型马甲,并在典型夏季户外场景下开展实测。数据对比显示:
* 普通聚酯马甲:表面温度升至约 50℃;
* 相变智能马甲:表面温度稳定维持在 42℃左右。
此外,在高温密闭空间中,该马甲的吸热缓冲与热防护表现同样突出,验证了其在极端环境下的有效性。
未来展望:从个人穿戴到航天建筑
这项工作不仅产出了一种新型智能织物,更提出了一套可迁移的材料设计范式,为新一代主动式热管理材料的发展提供了系统性路径。
相变技术在个人热管理领域已被视为变革性方案。未来,该类材料有望深度融入以下领域:
* 特种作业防护服:提升高温作业安全性;
* 医疗穿戴设备:结合生理参数监测,实现精准温控;
* 高性能运动装备:提升运动员舒适度与表现;
* 航天器舱内服:应对太空极端温差;
* 节能建筑覆层:通过被动式降温降低建筑能耗。
其广泛推广将切实助力能源节约,显著提升人类在高温、高湿、密闭等严苛环境下的热舒适性与适应能力。
(责任编辑:娱乐)
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