人體向環(huán)境散熱過程中，衣物起著至關(guān)重要的作用。如果衣物能實(shí)現(xiàn)良好的熱管理，不僅可以大大提高人體的舒適度，更對節(jié)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(fā)射率高達(dá)0．98，幾乎等同于黑體，在7－14微米的波長范圍內(nèi)有強(qiáng)烈的紅外輻射，并且在9．5微米處達(dá)到峰值。更為值得注意的是，在室內(nèi)環(huán)境下，人體通過熱輻射的散熱占總散熱的50％以上。然而，傳統(tǒng)衣物并未對人體熱輻射有所調(diào)控，并未達(dá)到理想的熱管理。

近日，華中科技大學(xué)陶光明團(tuán)隊(duì)與浙江大學(xué)馬耀光團(tuán)隊(duì)基于輻射制冷原理和形態(tài)分級設(shè)計(jì)理念，通過光學(xué)、織造技術(shù)的跨領(lǐng)域多學(xué)科協(xié)同創(chuàng)新，聯(lián)合研發(fā)了一種分級結(jié)構(gòu)的超材料織物，即一種在陽光直射的室外環(huán)境下，可無源制冷的光學(xué)超材料織物（Metafabric）。

首先，基于輻射制冷的原理和形態(tài)分級的設(shè)計(jì)理念，團(tuán)隊(duì)提出了一種形態(tài)分級結(jié)構(gòu)的超材料織物，根據(jù)織物空間結(jié)構(gòu)、纖維結(jié)構(gòu)、以及纖維內(nèi)部納米結(jié)構(gòu)，在不同空間、不同尺度上進(jìn)行分級，形成了一種宏觀有序、微觀隨機(jī)的形態(tài)學(xué)分級體系。

根據(jù)該結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，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(yīng)，最終實(shí)現(xiàn)紫外、可見－近紅外及中紅外波段的寬光譜精準(zhǔn)調(diào)控，有效避免不同波段光譜的串?dāng)_，優(yōu)化光譜響應(yīng)效率。

隨后，研究團(tuán)隊(duì)將光學(xué)超材料技術(shù)與批量纖維制備技術(shù)相結(jié)合，選用綠色環(huán)保、生物可降解的聚乳酸為纖維原料，獲得均勻連續(xù)地超材料纖維。

在此基礎(chǔ)上，進(jìn)一步利用紡紗織造和層壓技術(shù)，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(fā)射率，并且具有低成本、綠色環(huán)保、可產(chǎn)業(yè)化等優(yōu)勢。經(jīng)嚴(yán)格測試，超材料織物樣品在無源輸入條件下，可實(shí)現(xiàn)全天低于環(huán)境溫度  2－10℃的制冷效果。

總的來說，此次研究的具有形態(tài)分級結(jié)構(gòu)、可大批量制備的光學(xué)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(yōu)異的可穿戴性，并與整個紡織行業(yè)相兼容，適合大規(guī)模推廣制備和產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用，其研究成果已以《無源制冷光學(xué)超織物用于可擴(kuò)展的日間被動輻射制冷》發(fā)表在 Science上。