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（图源：sciencenewsforstudents）
最近的天气暑热难耐，出趟门感觉要被晒化了。如果能把空调穿在身上，会是什么样的感觉呢？研究人员设计了一款“空调”T恤，面料看起来跟日常T恤一样，却可以使体感温度降低近5℃。这项研究于今年7月发表于《科学》杂志。了解衣物降温策略，要先弄清楚天气预报里说的气温与体感温度有什么区别。气象学上把表示空气冷热程度的物理量称为空气温度（简称气温），可由仪器测量而来。天气预报中所说的气温，是在观测场中离地面1.5米高的百叶箱中的温度表上测得的，由于温度表保持了良好的通风性，且避免了阳光直接照射，因而具有较好的代表性。气温的差异是造成自然景观和生存环境差异的主要因素之一。在不同气象条件下，人体对相同气温的感受并不相同。体感温度（apparent temperature）是在综合了气温、湿度、风速以及天空云量、日照时数等因素影响后，人体实际上感受到的温度。![]()
人体核心的温度在很大程度上保持恒定，而身体表层的温度则受到体内和外部环境的共同影响（图源：cosinuss）
在其它条件不变的情况下，气温越低，感觉越冷。如果多种因素共同影响时，人体对温度的感受就不是很准。例如，北方地区冬天空气很干燥，温度很低，如果没有风且太阳比较好，也会感到暖洋洋的。在温度高一些的南方地区，有风、湿度大且阴天时，就会感觉刺骨的寒冷，这种对温度的感觉就是体感温度。1984年，罗伯特·史特德曼（Robert G. Steadman）给出了著名的体感温度计算公式：AT=1.07T+0.2e-0.65V-2.7，其中AT为体感温度、T为气温、e为水汽压、V为风速，该公式被普遍运用于体感温度的计算和预报。衣物保暖与降温针对的都是体感温度，设计出让人保持温暖的衣服很容易，但设计出一款能在炎炎夏日保持凉爽的衣服却很困难。衣物降温理念主要是针对太阳光和辐射，制作能够抵御阳光的服装，时装设计师通常使用反射可见光的浅色面料，这也是大家应用最为广泛的策略，比如夏季经常穿浅色（尤其是白色）的衣物。另一种方法是反射太阳光中的电磁辐射，包括紫外线（UV）和近红外辐射（NIR）。当物体吸收近红外辐射时，温度会升高；当物体发射它时，温度就会降低。然而，当物体发射近红外辐射时，会受到大气层的阻碍，NIR通常被附近的水分子吸收，从而加热周围的空气。为了加快物体的冷却过程，研究人员将目光转向了一种波长更长的红外线——中红外辐射（MIR）。中红外辐射的能量不会被周围空气中的分子吸收，而是直接进入太空，从而可以快速使物体和周围环境冷却。这种冷却技术被称为辐射冷却，目前已经用于设计屋顶、塑料薄膜、木材和超白涂料等。![]()
这种材料中的小纳米孔散射并阻挡可见光，但让更长波长的红外线（或热量）从身体中逸出（图源：sciencenewsforstudents）
人类皮肤会自然地发出中红外辐射，2017年，斯坦福大学的研究人员设计了一种织物，可以让人体中的MIR直接穿过它，使人体温度降低约3℃。这种面料只有45微米，比头发丝（直径约60-80微米）都薄，大约是轻质亚麻正装衬衫厚度的1/3。这也导致其耐用性较低，至今未能面世。为了设计更厚更耐用的面料，浙江大学的工程师马耀光和华中科技大学的陶光明采取了不同的方法，研发了在阳光直射的室外环境下，可无源使用的随身“空调”——无源制冷光学超材料织物（Metafabric）。根据织物空间结构、纤维结构以及纤维内部纳米结构，在不同的空间、尺度上进行分级，形成了一种宏观有序、微观随机的形态学分级体系，这样的结构既能反射阳光，又能在人体热辐射波段保持近乎完美的发射率。![]()
无源制冷光学超材料织物示意图（图源：polymer.cn）
面料厚度为550微米，由环境友好、生物可降解的聚乳酸和合成纤维混合制成，其中散布着二氧化钛的纳米粒子。根据该结构设计，0.3-25 μm的光谱大体被分解为三个波段，交由超材料织物中的不同级次响应，最终实现紫外、可见-近红外及中红外波段的宽光谱精准调控。陶光明教授用了一个通俗的比喻：穿在身上就像背着一面镜子，外挂一台空调。镜子并不是说衣服像镜面一样直接反射阳光，而是通过纳米材料的特定排布，如同一个纳米迷宫，阳光照射进来，不断折射、拐弯，最后反射出去。空调不是说衣服里有一个制冷设备，而是利用宇宙背景的绝对低温冷源，保持热交换通道的畅通。![]()
在红外摄像机拍摄的图片，清晰显示左右温度的差别（图源：Science）
在测试环节，研究人员制作了一件紧身背心，其中一半由他们的织物制成，另一半由厚度大致相同的白棉制成。测试人员穿上这件背心后，在阳光直射下的草坪椅上坐1小时。研究人员测量他的皮肤温度发现，新面料比棉布下的温度降低近 5°C，在红外摄像机照片下的对比度清晰可见，测试人员可以明显感觉到温差。超材料织物与棉在人体皮肤表面降温性能对比测试（ 西双版纳，2020年12月13日）（视频来源：Science）
斯坦福材料科学家崔毅评论，这项研究非常有价值，他的实验室也一直在研究中红外透明织物。由于中红外发射技术迄今为止一直用于经常面向天空的静止表面，因此，崔毅认为，研究人员还应该测量人们站立或行走时，织物的冷却效果，以及面料在宽松的情况下是否也能发挥作用。研究人员称，这种注入纳米材料的织物只会使服装制造成本增加10%左右，目前正联系纺织品制造商和服装公司批量生产，尽快上架这款面料。这意味着，每个人都可以穿上“空调”T恤，且成本与普通T恤基本相同。参考文献：
https://www.sciencemag.org/news/2021/07/new-mirror-fabric-can-cool-wearers-nearly-5-c
https://www.sciencenewsforstudents.org/article/hot-hot-hot-new-fabric-could-help-you-stay-cool
https://science.sciencemag.org/content/early/2021/07/07/science.abi5484
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