无源降温光学超材料织物——零耗能又降温的“黑科技”织物

参赛者：吴嘉威、曾少宁、周贤骏

指导老师：陶光明

人们在夏季的户外环境感到炎热难忍，最显然的原因之一是太阳辐射在源源不断地向物体传输光热，然而实际的热交换机制则是一个更复杂的过程。物体与环境的热量交换方式包括热对流、热传导、热辐射。其中，包含人体在内的常温物体的热辐射谱，主要处于 7～14 μm的中红外波段，这一范围与大气透明窗口中的8～13 μm 波段基本重叠。因此，面向天空的物体所发出的热辐射，可以通过大气透明窗口向低温的外太空进行散热，把宇宙空间作为一个“天然冷库”以实现降温。

在户外暴晒环境中，尽管热辐射散热始终存在，但人体的热辐射功率密度仅为 100 W/m2 左右，而太阳光却具有近 1000 W/m2的辐照度。这样人体散热的输出量不足以抵消太阳辐射的输入量，就会导致皮肤温度上升。在户外暴晒环境中，尽管热辐射散热始终存在，但人体的热辐射功率密度仅为 100 W/m2 左右，而太阳光却具有近 1000 W/m2的辐照度。这样人体散热的输出量不足以抵消太阳辐射的输入量，就会导致皮肤温度上升。如何能够避免如此巨大的外部加热？经历了漫长进化的地球生物往往能给予我们非常宝贵的启示。在自然界中，撒哈拉银蚁具有密集排列的独特三角形毛发，使它们可以反射太阳辐射中大部分的可见—近红外光，同时增强中红外辐射波段的发射率，从而避免体表过热，使银蚁得以在炎热的非洲沙漠中栖息生存。

受撒哈拉银蚁毛发启发，为应对全球变暖和极端高温挑战，缓解能源消耗和热舒适性的矛盾，陶光明教授带领团队研发无源降温光学超材料织物。在直晒环境中，可为人体降温近5 °C，可为汽车内部降温近30 °C。成果发表于Science。