【成果介绍】
能源消耗和气候变化是人类面临的两大问题。传统热管理系统所带来的高能耗挑战，以及由此导致的温室气体的过度排放，不断加剧全球变暖和极端天气，对世界经济造成重大影响。同时，人们在生产和作业时不可避免地需要暴露在高温暴晒的室外环境，因此，实现零能耗的户外防护成为人们迫切的需求，具有重要的科研价值和战略意义。作为一种面向人体个性化需求、实现人体局部环境加热或冷却的技术，“个人热管理”可以避免将多余的电力浪费在加热或冷却整个建筑物上，具有更高的能源效率，逐渐成为绿色环保、高科技、个性化的方案。通过衣物进行热管理是维持人体个性化热舒适需求的有效方法，有望高效率、低能耗地避免热应激对人体造成的伤害。
痛点问题：1、传统防护服饰包括涂层防晒技术、凉感纤维技术以及嵌入式有源降温技术，存在不耐洗涤、降温效果差、有源能耗、笨重不轻便等问题；2、目前辐射制冷织物结构调控方式相对单一。光谱调控范围主要仅集中在中红外波段，无法实现户外阳光直射炎热环境的有效制冷；3、现有户外制冷织物存在低太阳辐射散射效率、强紫外吸收以及与纺织工艺兼容性差等瓶颈问题。
解决方案：本技术基于辐射制冷原理和结构分级设计理念，研发了具有形态分级结构的超材料织物。该无源制冷超材料织物技术颠覆传统耗能制冷模式，基于光学超材料技术和先进纺织技术协同创新，在暴晒环境可实现高效无源的降温，绿色环保、柔软亲肤、舒适透气，顺应全球绿色低碳发展潮流，可同时解决户外极端高温问题，且适合大规模量产和产业化应用。
【技术优势】
无源制冷超材料织物不仅在阳光直射的室外环境下展现了显著降温效果，且具有绿色环保、柔软亲肤、舒适透气、耐洗涤等优点，为个人热管理提供了一种低成本、零能耗、可量产、高效的个性化方案。
（1）形态分级的结构设计拓宽光谱响应范围。具有形态分级结构的超材料织物宏观上体现为多层织物结构。其根据织物的多层空间结构、纤维结构，以及纤维内部纳米结构，在不同的空间、不同的尺度上进行分级，分别响应紫外、可见-近红外以及中红外波段，在太阳光波段（0.3-2.5μm）具有92.4%的反射率、在中红外波段（8-13μm）具有94.5%的反射率。形态分级的设计理念有效避免了不同波段光谱之间的串扰，实现涵盖太阳辐射波段至中红外波段的高效宽光谱调控。
（2）与批量制备的先进纺织技术相兼容。基于可扩展、高通量、全自动制造技术，可以与整个成熟纺织行业相兼容，克服了长期以来将实验室规模的织物应用于热管理实际场景的挑战。
（3）阳光直射的户外环境实现良好的降温效果。超材料织物具有良好的日间辐射制冷能力为辐射制冷织物的设计提供了一种全新的思路，为实现极端环境下的户外个人热管理提供了一种低碳环保的、低成本的、可批量制备的解决方案。
【应用领域】
无源制冷光学超材料织物可转化为常规穿戴产品、特种穿戴产品、户内外非穿戴产品三大类别产品在不同领域中广泛应用。
常规穿戴产品面向健身运动、散步休闲、职场等工作领域，可生产加工成社交服、日常服、职业服、运动服、舞台服等，起降温防护作用；
特种穿戴产品面向严酷工作环境提供特殊保护，比如环卫工人、交警、快递外卖员、消防员等高温工作群体，给予最大舒适度；
户内外非穿戴产品面向室外野营、家具日用品等领域，可加工成遮阳伞、野营帐篷、窗帘饰品等，零能耗地满足散热需求。
【应用实例】
基于批量纤维制备技术和先进纺织技术可获得均匀连续的超材料纤维及织物，借助大气透明窗口（8-13μm）增强热量与外部寒冷空间的热交换，可对整个太阳辐射波段（0.3-2.5μm）实现高效的阻挡。在无源条件下，可实现全天低于环境温度2-10℃的辐射制冷效果（广州，2020年12月5-6日）。在正午时间段的模拟人体测试中（广州。2020年11月28日），超材料织物所覆盖的模拟皮肤相较于棉、氨纶、雪纺、麻一系列同色商业棉量可低5-7℃。在人体表面降温测试中，相较于商用白色棉，超材料织物可对人体体表降温超过4℃（广州，12月7日）。进一步地，利用红外相机记录人体体表的温度变化（西双版纳，12月13日），结果显示，在长达30分钟的日照后，志愿者前胸左右两侧体表呈现出明显温差（图1A-B）。在模拟汽车测试中（广州，2020年12月7日），覆盖超材料织物的汽车模型内部温度低于覆盖市售车罩的汽车模型超过27℃（图1C），低于无覆盖的汽车模型超过30℃，在阳光直射的室外环境下展现了显著的降温效果。且在150h的紫外老化测试（GB/T 31899-2015）以及＞50次的洗涤测试（漂洗/脱水）后，织物的性能几乎不受影响。无源制冷超材料织物技术与现有纺织行业相兼容，成熟度高，适合大规模推广制备，具有优异的降温效果和应用潜力。
图1超材料织物降温性能测试。（A）超材料织物与棉对人体体表降温对比测试照片。（B）人体体表降温对比测试红外图（左边为棉，右边为超材料织物）。（C）超材料织物与商用市售车罩降温性能对比测试。
【知识产权】
已申请发明专利9项
【市场前景】
市场广度：柔性无源制冷超材料织物面向人体个性化需求，可嵌入纺织面料实现智能织物的大规模生产和应用。且得益于织物形态，可扩展服务于高端智能服装、特种服装、高端先进建材、个人热管理装置、冷链系统、智能仓储系统等众多领域，应用前景广泛，进一步促进纤维新材料技术和高端纺织产业的发展。
经济价值：无源制冷超材料织物产品成本与常规织物类似，但科技创新的技术壁垒赋予其高附加值，且由于高温防护需求量逐渐提高，市场规模巨大，可带来较高的产品经济效益。
【合作方式】
技术服务、技术转让、技术许可、技术入股、面谈
【专家介绍】
陶光明，华中科技大学武汉光电国家研究中心和材料科学与工程学院双聘教授、博士生导师、华中学者特聘岗教授、人机智能交互联合实验室主任。陶教授致力于研究多材料特种光纤、面向腔内精准微创手术的柔性纤维医疗机器人以及康养全场景的智能织物技术等跨学科研究工作，先后在Science（1），Nature（2），Proc. Natl. Acad. Sci.（2）等国际学术杂质发表论文60余篇，拥有已授权国际/国内发明专利近20项、申请国家发明专利近60项（其中专利许可转让9项）。陶教授为国家自然科学基金委面上项目、之江实验室重大科研项目和陈嘉庚青年科学奖等科技项目担任评审专家、任中国材料研究学会纤维材料改性与复合技术分会理事会副主任、中国纺织科学研究院智能织物工作室主任、中国光学学会红外与光电器件专业委员会委员、中国红外医学产业技术创新战略联盟独立委员、湖北省硅酸盐学会理事、激光与光电子学进展期刊编委、Advanced Fiber Materials期刊副主编等。
【联系方式】
