在全球氣候變暖的大背景下，高溫天氣日益頻繁，如何在酷熱中保持涼爽成為了人們關注的焦點。傳統的制冷方式，如空調、風扇等，雖然能帶來清涼，但存在能耗高、不便于攜帶等缺點。如今，一種創新的超材料織物正悄然興起，為人們帶來了全新的降溫體驗，它被形象地稱為穿在身上的 “制冷空調”，有望掀起一場降溫革命。 山東稀有高科先進技術研究院帶您領略這一創新“降溫”超材料的世界。

靈感源于自然：從撒哈拉銀蟻到超材料織物

大自然是人類最好的老師，許多科技創新都能從自然界中找到靈感。超材料織物的研發也不例外，其設計靈感部分來源于撒哈拉銀蟻。在烈日炎炎的撒哈拉沙漠，中午的溫度高得足以烤熟雞蛋，然而，撒哈拉銀蟻卻能在這樣極端的環境中外出覓食。奧秘就在于它們身上那致密而形狀獨特的銀色毛發，這些毛發如同一件銀光閃閃的 “抗暑衣”。

研究發現，這些銀色毛發可以有效地反射可見光和近紅外光，而這正是太陽輻射的主要組成部分。同時，毛發還賦予了銀蟻極高的熱輻射率，使其能夠增強通過熱輻射散失多余熱量的能力。受此啟發，科學家們開始探索能否研制出一種類似功能的織物，幫助人類在炎熱環境中降溫。

華中科技大學教授陶光明團隊以及浙江大學研究員馬耀光團隊聯合多家科研單位，基于輻射制冷原理和結構分級設計理念，研發出了無源制冷光學超材料織物。這種織物通過模仿撒哈拉銀蟻毛發的特性，實現了對太陽輻射的高效反射和人體熱量的快速散發，為人體降溫提供了新的途徑。

神奇的工作原理：像鏡子又像空調

超材料織物的降溫原理看似復雜，實則蘊含著精妙的設計。簡單來說，將這種材料做成衣服穿在身上，就如同背著一面鏡子，又外掛著一臺空調。

這里所說的 “鏡子”，并非指衣服像普通鏡面一樣直接反射陽光。而是通過對超材料織物進行特殊的排布和設計，構建出一個納米級別的迷宮結構。當陽光照射到衣物上時，光線在這個納米迷宮中不斷折射、拐彎，最終反射出去，從而實現最大限度的光反射，有效阻擋太陽輻射的熱量輸入。據測試，這種超材料織物在太陽光波段（0.3-2.5μm）的反射率高達92.4%，能夠將太陽光譜分解，全面阻擋紫外線。

而 “空調” 的功能，則是利用了宇宙背景的絕對低溫冷源。人體的紅外輻射范圍（7 - 14μm）與大氣透明窗口（8 - 13μm）存在重疊，這使得人體的熱輻射可以通過大氣透明窗口向溫度低至 3K 的外太空進行輻射制冷。超材料織物借助這一原理，在中紅外波段（8 - 13μm）具有 94.5% 的發射率，能夠增強人體與外部寒冷空間的熱交換，最大化人體輻射散失，達到降溫效果，且整個過程無需外部能量輸入，真正實現了零能耗降溫。

研發突破：多學科協同打造高效降溫材料

超材料織物的研發并非一蹴而就，背后是眾多科研人員多年的努力以及多學科的協同創新。在研發過程中，科學家們面臨著諸多挑戰。首先，要實現對太陽輻射波段和中紅外波段的高效光譜調控，需要在織物內部引入特殊的結構，如空氣孔、介質顆粒、聚合物納米纖維等，同時還要確保這些結構不會影響織物的舒適性和耐用性。

為了解決這些問題，陶光明團隊等研究人員將光學隨機超材料與批量纖維制備技術相結合。他們選用綠色環保、生物可降解的聚乳酸（PLA）為纖維原料，并引入特定波段光學新特性，通過一系列復雜的工藝，獲得了均勻連續的超材料纖維。這些纖維強度足夠高，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，為后續的織物加工提供了便利。

在此基礎上，研究人員進一步利用紡紗織造和層壓技術，制備得到了具有形態分級結構的超材料織物。這種織物根據織物的多層空間結構、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。通過這種分級設計，可將太陽輻射波段到中紅外波段的光譜分為3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串擾，優化光譜響應效率。

經過不斷的優化和測試，超材料織物在性能上取得了重大突破。在無源輸入條件下，它可實現全天低于環境溫度2-10℃的良好輻射制冷效果。在正午時間段的模擬人體測試中，超材料織物所覆蓋的模擬皮膚相較于同色商業面料可降溫5-7°C。在人體表面降溫測試中，相較于商用白色棉，超材料織物最高降溫超過4°C。

廣泛的應用前景：從日常穿著到特殊領域

超材料織物優異的降溫性能使其具有廣泛的應用前景，無論是在日常生活還是特殊領域，都能發揮重要作用。

在日常穿著方面，將超材料織物制成的衣物，如 T 恤、襯衫、連衣裙等，為人們在炎熱的夏天提供了更加涼爽舒適的穿著體驗。想象一下，在戶外散步、運動或者工作時，穿著這種能夠自動降溫的衣物，不再被酷熱所困擾，盡情享受夏日的美好時光。而且，超材料織物選用綠色環保的紡織用聚合物原料，工藝流程與整個紡織行業相兼容，適合大規模推廣和產業化應用，未來有望成為人們夏季服裝的主流選擇。

在特殊領域，超材料織物也展現出了巨大的潛力。例如，在疫情防控中，醫護工作者需要長時間穿著悶熱的防護口罩和防護服，工作環境十分艱苦。將超材料織物應用在口罩和防護服上，在實現有效防護的基礎上，可實現有效的戶外降溫，大大提高醫護工作者的熱舒適度，減輕他們的工作負擔。

此外，對于戶外工作者，如建筑工人、交警、快遞員等，長時間暴露在陽光下，容易受到高溫的危害。超材料織物制成的工作服能夠為他們提供額外的降溫保護，降低中暑等熱相關疾病的發生風險，保障他們的身體健康和工作效率。在軍事領域，士兵在執行任務時，常常面臨惡劣的環境和高溫的考驗，超材料織物制成的軍裝可以幫助他們保持身體涼爽，提高作戰能力和耐力。

不僅如此，超材料織物還可以應用于戶內外非穿戴產品，如汽車內飾、帳篷、遮陽傘等。在汽車測試中，覆蓋商用車罩可使汽車模型內部降溫 3 攝氏度，而覆蓋超材料織物可降溫超過 30 攝氏度，這表明超材料織物在汽車隔熱降溫方面具有顯著優勢。使用超材料織物制作的帳篷和遮陽傘，能為戶外活動提供更涼爽的空間，提升人們的戶外體驗。

未來展望：持續創新推動降溫技術升級

超材料織物的出現，為解決高溫環境下的降溫問題帶來了新的希望，然而，科學家們并沒有滿足于現有的成果。他們正在不斷探索和研究，致力于進一步提升超材料織物的性能，拓展其應用范圍。

一方面，研究人員將繼續優化超材料織物的結構和性能。例如，通過改進材料配方和制備工藝，提高織物的降溫效率、透氣性、防水性和耐用性等綜合性能。同時，降低生產成本，使超材料織物能夠更加普及，讓更多人受益。

另一方面，隨著科技的不斷發展，未來超材料織物可能會與其他先進技術相結合，如智能傳感技術、儲能技術等。通過集成智能傳感器，衣物可以實時監測人體的體溫、心率、出汗量等生理指標，并根據這些數據自動調節降溫功能，實現個性化的智能熱管理。結合儲能技術，超材料織物或許能夠在夜間或低溫環境下儲存熱量，在需要時釋放，實現冬暖夏涼的雙重功能。

此外，超材料織物的應用領域也將不斷拓展。除了目前已涉及的領域，它還有望在醫療保健、航空航天、電子設備散熱等更多領域發揮重要作用。例如，在醫療保健領域，超材料織物可以用于治療一些與熱相關的疾病，或者作為康復輔助材料，幫助患者恢復健康。在航空航天領域，為宇航員提供更加舒適的熱環境，保障太空任務的順利進行。在電子設備散熱方面，解決電子設備在高溫環境下性能下降的問題，提高設備的穩定性和使用壽命。

總之，超材料織物作為一種具有創新性的降溫材料，已經展現出了巨大的潛力和應用價值。隨著技術的不斷進步和創新，相信在不久的將來，它將走進人們的日常生活，為人們帶來更加舒適、便捷的生活體驗，同時也將為各個領域的發展注入新的活力，推動相關產業的升級和變革。讓我們拭目以待，共同見證超材料織物在降溫革命中創造更多的奇跡。