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 文／陳根

人體向環境散熱過程中，衣物起著至關重要的作用。如果衣物能實現良好的熱管理，不僅可以大大提高人體的舒適度，更對節約建筑物能耗有著很大的潛在影響。

研究表明，人體皮膚的紅外發射率高達0．98，幾乎等同于黑體，在7－14微米的波長范圍內有強烈的紅外輻射，并且在9．5微米處達到峰值。更為值得注意的是，在室內環境下，人體通過熱輻射的散熱占總散熱的50％以上。然而，傳統衣物并未對人體熱輻射有所調控，并未達到理想的熱管理。

近日，華中科技大學陶光明團隊與浙江大學馬耀光團隊基于輻射制冷原理和形態分級設計理念，通過光學、織造技術的跨領域多學科協同創新，聯合研發了一種分級結構的超材料織物，即一種在陽光直射的室外環境下，可無源制冷的光學超材料織物（Metafabric）。

首先，基于輻射制冷的原理和形態分級的設計理念，團隊提出了一種形態分級結構的超材料織物，根據織物空間結構、纖維結構、以及纖維內部納米結構，在不同空間、不同尺度上進行分級，形成了一種宏觀有序、微觀隨機的形態學分級體系。

根據該結構設計，將從太陽輻射波段到中紅外波段（0．3－25μm）的光譜分為三段，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，有效避免不同波段光譜的串擾，優化光譜響應效率。

隨后，研究團隊將光學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為纖維原料，獲得均勻連續地超材料纖維。

在此基礎上，進一步利用紡紗織造和層壓技術，得到的超材料織物在太陽光波段（0．3－2．5μm）具有92．4％反射率、在中紅外波段（8－13μm）具有94．5％發射率，并且具有低成本、綠色環保、可產業化等優勢。經嚴格測試，超材料織物樣品在無源輸入條件下，可實現全天低于環境溫度  2－10℃的制冷效果。

總的來說，此次研究的具有形態分級結構、可大批量制備的光學超材料織物（簡稱超材料織物），相較于白色棉織物，該織物對人體體表降溫近5℃，具有優異的可穿戴性，并與整個紡織行業相兼容，適合大規模推廣制備和產業化應用，其研究成果已以《無源制冷光學超織物用于可擴展的日間被動輻射制冷》發表在 Science上。