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现代材料科技的发展

时间:2019-09-02 18:24 来源:未知 编辑:admin

核心提示

虽然已经过了处暑,但白天走在路上还是免不了汗流浃背,怎么样才能凉快一些呢?想必不少小伙伴的标准操作都是穿得尽可能清凉,吹着空调,抱着西瓜解暑。 穿得越少越凉快,这是...

  虽然已经过了处暑,但白天走在路上还是免不了汗流浃背,怎么样才能凉快一些呢?想必不少小伙伴的标准操作都是穿得尽可能清凉,吹着空调,抱着西瓜解暑。

  穿得越少越凉快,这是小孩子都懂的道理。一些生活常识也在让人们加强这样的理念,比如遇到中暑的人,首先要做的一件事就是解开衣物,让身体散热。然而,现代材料科技的发展,却在悄然改变着这一切,说不定有一天,我们就可以把“空调”穿到身上—衣服不光可以保温,还可以降温。

  看到这里,或许你首先想到的,会是这样的产品——带风扇的帽子。虽然它实现了可穿戴,不过这离“智能”还差得有些远。

  在撒哈拉沙漠地区,生活着一种旋角羚,它的毛可以根据外界气温发生变化,天冷的时候,就成为细密的绒毛,保持体温;但是到了大热天,它就会换一身硬直的毛,帮助散热。但对于人类来说,自然选择并没有让我们生长出“智能”的毛发,于是智能设备就只能靠发明创造了。

  人类的体温是37℃,而体表温度一般是33℃。根据热力学第二定律,我们可以知道,热量只会自发地从高温物体流向低温物体。这就不难看出,假如外界气温低于33℃,我们的身体会自然向外散热,可是当夏天特别炎热,超过体表温度的时候,身体就不能依靠简单的物理定律降温了,只能调动各项身体机能防暑,比如出汗。

  在这个时候,和常识相反,穿上衣服反而比裸身要更凉快。如果在夏季的室外实际体验一番,就不难感受到这一点差别。如果将衣服的面料革新一番,还可以让散热来得更猛烈一些。

  2015年,麻省理工学院的姚立宁(音)等学者研制出了一类很有趣的材料,并称其为“第二皮肤”。这种材料在制成衣服之后,可以根据穿衣人的身体状况出现变形,当它探测到汗水时,就会在后背生长出“小翅膀”,就像肌肤上的毛孔一样打开,从而提高汗水的蒸发速度,促使身体降温。

  实现这个功能的原理,是在这种面料中,研究人员植入了一种特殊的纳豆杆菌,而且是存活状态。当纳豆杆菌感受到水汽之后,就会开始膨胀,不仅吸收了汗水,体积的变化还会推动后背的“小翅膀”张开。

  对于普通人来说,这一点设计上的差别,或许只是让体感温度出现一点变化,但如果是专业运动员,这或许就意味着成绩上的天壤之别。

  一件薄薄的户外T恤,仅仅是鸭蛋重量,通过防晒设计,能让穿着者的体感温度比实际下降10℃吗?不必惊讶,这已经是实现商品化的科技了。

  夏季阳光直射,毒辣异常,如果我们能够想办法阻隔阳光中的能量,或许就能舒适很多。但是,这个过程实现起来并不容易。要说阻隔效果好,棉被肯定胜过普通的衣服,可真要穿件像棉被一样厚的衣服,身体的热量不能散掉,也是无济于事。

  不过,新型的材料可以解决这一矛盾。比如二氧化钛,它就可以非常高效地阻挡阳光,尤其是当它被制成纳米级二氧化钛时,几乎可以完全散射阳光中的紫外线,若是在面料上涂上薄薄一层,衣服的重量没有显著增加,对炎夏的防御力却有了质的提升。形象地说,这就如同把防晒霜穿到了身上,还不用担心会被汗水冲刷掉。

  当然,这依然只是一个开始。2019年5月,加利福尼亚大学圣迭戈分校的陈仁昆(音)发表论文,报道了一种新型的柔性热电装置(flexible TEDs),可以实现主动加热或降温。当气温在15℃~36℃之间时,该装置可以使人体的体表温度始终维持在33℃左右,真正做到了把“空调”穿在身上。

  ▲用于证明TED体温调节的人体皮肤设置的示意图(图片来源/Sahngki Hong,加利福尼亚大学圣迭戈分校)

  对一间房屋制冷制热,这在如今已经是非常成熟的科技了,但是要想让一件衣服实现同样的功能,那就是螺蛳壳里做道场了。

  不同于一般的蒸气压缩冷却系统,研究人员利用了热电效应。简单来说,就是对一种热电材料通上直流电,它的一端就会变热,另一端就会变冷,于是,不管是升温还是降温,都可以通过它来实现。为了能够让它穿在身上,研究人员将它设计成了柔性的,与衣服紧紧贴合。

  不过,现在问题来了,直流电怎么来呢?其实,人体本身就好比是个电池,因此研究人员正在尝试,借助于人体的代谢,实现直流电输入,低碳而又安全。

  现代材料科技的发展,使我们终有一天有机会把“空调”穿到身上,一起期待吧~返回搜狐,查看更多

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