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 前沿：柔性可穿戴織物技術是先進制造業與新興產業結合的重要突破口，是具有戰略價值的“卡脖子”技術，對推動產業升級具有重要意義。

近年來，基于輻射制冷原理，利用織物內部波長／亞波長尺度的微結構來實現對太陽輻射波段和紅外波段的光譜調控織物，在個人熱管理領域逐漸受到重視。基于輻射制冷的原理和形態分級的設計理念，華中科技大學陶光明團隊和浙江大學馬耀光團隊聚焦人民生活需求，顛覆傳統制冷理念，基于與人們日常生活最密切不可分割的服裝，研發了在陽光直射的室外環境下可無源使用的隨身“空調”——無源制冷光學超材料織物（Metafabric），以實現高效的戶外個人熱管理，可為所有人降溫。

無源制冷光學超材料織物具有分級形態結構，根據織物空間結構、纖維結構、以及纖維內部納米結構，在不同的空間、不同的尺度上進行分級，形成了一種宏觀有序，微觀隨機的形態學分級體系（Hierarchical－morphology system），如圖1所示。根據該結構設計，0．3－25 μm的光譜大體被分解為三個波段，交由超材料織物中的不同級次響應，最終實現紫外、可見－近紅外及中紅外波段的寬光譜精準調控。

圖1用于日間輻射冷卻的超材料織物示意圖

研究團隊將光電超材料技術與批量纖維制備技術相結合，選用綠色環保、生物可降解的聚乳酸（PLA）為纖維原料，引入特定波段光學新特性，獲得了均勻連續的超材料纖維（圖2 a），纖維強度足以利用縫紉機在商用面料上進行任意文字和形狀的繡花。在此基礎上，進一步利用紡紗織造和層壓技術，得到在太陽光波段（0．3－2．5 μm）具有92．4％反射率、在中紅外波段（8－13 μm）具有94．5％發射率的超材料織物（圖2 b）。

圖2 超材料織物的表征：（a） 超材料纖維照片； （b） 超材料織物照片

革新的織物技術通過分級形態設計，是材料－光學－紡織技術的跨領域多學科協同創新。經嚴格的測試，在無源輸入條件下，超材料織物可實現全天低于環境溫度2－10℃的良好制冷效果（圖3）。借助大氣透明窗口（8－13 μm）增強熱量與外部寒冷空間的熱交換，并對整個太陽輻射波段（0．3－2．5 μm）實現高效的阻擋。

圖3 超材料織物的降溫性能測試：（a） 測試裝置示意圖和樣品照片，比例尺5 cm； （b） 超材料織物24小時連續制冷性能測試曲線圖（廣州，2020年12月5－6日）

超材料織物在陽光直射的室外環境下展現了顯著降溫效果，如同無源輕便地隨身空調，給使用者極大的涼爽舒適感。研究團隊通過制作一半棉、一半超材料織物的自制背心進行多次實際人體皮膚測試，最終發現相較于商用白色棉織物，整個過程中保持連續的水分蒸發，超材料織物下的模擬皮膚相較于棉可低～4 ℃。

圖4 陽光暴曬下超材料織物的實用性能表征。 （a） 超材料織物人體降溫測試照片； （b） 超材料織物人體降溫測試紅外圖

柔性可穿戴織物技術是先進制造業與新興產業結合的重要突破口，是具有戰略價值的“卡脖子”技術，對推動產業升級具有重要意義。獨一無二多級結構設計對多尺度的光學層級結構進行優化，有效調諧超材料織物在太陽光譜上精準的光學響應，并將黑體輻射達到極限，展現了相較于以往工作更優異的功能。同時，對隨機結構超材料的再創造并沒有提高制備難度及設備成本，可以與整個成熟紡織行業相兼容。且具備零能耗、低成本、可產業化批量生產等特征，適合大規模推廣制備和產業化應用。

附錄：陶光明教授介紹

陶光明，華中科技大學武漢光電國家研究中心和材料科學與工程學院雙聘教授、博士生導師、華中學者特聘崗教授、人機智能交互聯合實驗室主任。陶教授致力于研究多材料特種光纖、面向腔內精準微創手術的柔性纖維醫療機器人以及康養全場景的智能織物技術等跨學科研究工作，先后在Science （1）， Nature （2）， Proc． Natl． Acad． Sci． （2）等國際學術雜志發表論文60余篇，擁有已授權國際／國內發明專利近20項、申請國家發明專利近60項（其中專利許可轉讓9項）。陶教授為國家自然科學基金委面上項目、之江實驗室重大科研項目和陳嘉庚青年科學獎等科技項目擔任評審專家、任中國材料研究學會纖維材料改性與復合技術分會理事會副主任、中國紡織科學研究院智能織物工作室主任、中國光學學會紅外與光電器件專業委員會委員、中國紅外醫學產業技術創新戰略聯盟獨立委員、湖北省硅酸鹽學會理事、激光與光電子學進展期刊編委、Advanced Fiber Materials期刊副主編等。

馬耀光教授介紹

馬耀光，浙江大學百人計劃研究員、博士生導師。光電學院光電工程所書記、副所長。研究方向為介觀尺度光與物質相互作用，以及微／納米技術在光電系統中的應用。包括超構材料與超構表面器件、微納光器件、非線性光學器件等方面。近年來在包括Science（2）， Adv． Opt． Photon．國際重要學術期刊上發表40余篇高影響力學術論文，多篇為ESI高被引論文；擁有已授權國際／國內發明專利十余項。馬教授為國家自然科學基金委面上項目、浙江省自然科學基金、之江實驗室科研項目等科技項目擔任評審專家。馬教授曾獲得2018年獲得中國儀器儀表協會金國藩青年學子獎。2020年起擔任《中國科學：技術科學》青年編委。