冬暖夏凉还能“感知睡眠”武汉85后青年科学家织出神奇的“布”

发布时间:2024-06-22 发布作者:行业资讯

  4月14日上午,正在深圳出差的陶光明马不停蹄,会议间隙给学生打来视频电话,指导他们在位于武汉光电国家研究中心的湖北光谷实验室里,继续一项关于智能织物的新试验。

  今年37岁的陶光明,是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、湖北光谷实验室运动与健康智能化技术创新中心主任。

  从“一颗聚合物颗粒”到让一块布“冬暖”“夏凉”,陶光明带领团队冲刺无源降温光学材料织物的研发,从“0”到“1”,从“无”到“有”,慢慢的变多的成果通过转化来到大众身边。

  眼下,运用陶光明团队成果,一种用创新织物材料制作,可以在炎热夏季为身体降温的衣服正在生产。

  今年3月5日晚,CCTV-10《科学动物园》节目播出专题《动物“服装”的奥秘》。其中介绍,中国科学家利用撒哈拉银蚁“银色铠甲”的仿生学原理,研制出了一种特殊面料——无源降温光学超材料织物,可为人体降温5℃。

  烈日下的撒哈拉沙漠,中午的温度能直接将鸡蛋烤熟。撒哈拉银蚁却可以外出觅食,因为它们身上长有致密而形状独特的银色毛发,像是穿着一件银光闪闪的“抗暑毛衣”,可以有效反射太阳辐射中的可见光和近红外光,并增强蚂蚁通过热辐射散失多余热量的能力。

  “无源降温光学超材料织物,是利用类似原理。”陶光明介绍,“在户外阳光直射环境中,我们往往会吸收大量太阳辐射,而人体热辐射可能并不足以抵消太阳光能量的输入,因此导致皮肤温度上升,就会感觉到很热。”

  研发之初,陶光明考虑两点:一是能否通过一块布,阻挡太阳辐射输入?二是怎么样提高身体散热?团队脑洞大开,开玩笑说“最好的办法是背一块镜子和一台空调出去”。

  一次次实验,一次次突破。3年时间,陶光明团队终于研发出无源降温光学超材料织物。当时正值11月,武汉温度偏低。团队的成员专门去到太阳光较强的云南西双版纳进行测试。

  中午时分,参与实验的成员穿上左右两边分别是普通棉材质和降温材质的衣服。原定的实验希望有机会能够进行3小时,但仅半个小时,成员就打算停止降温实验。

  通过实时检测的红外视频,陶光明看到,实验成员胸口左右两边的皮肤温度产生非常明显的差别,左右冷热体感明显不同——降温材料有显著效果,实验获得成功。

  至今,在陶光明教授的办公室,一直保存着第一次研发的织物,“虽不是很成熟,但对我们来说,是很珍贵的礼物。”长江日报记者现场观察看到,这块布肉眼看与普通的棉质面料无异,用手触摸,却十分柔软顺滑。

  2021年,陶光明团队所研发的无源降温光学超材料织物这一标志性成果,在国际学术刊物《科学》杂志上发表,受到国内外学术界和产业界的广泛关注。

  陶光明教授展示专为冬奥会国家运动员研发的其中一款无源保暖雪上护脸装备。记者胡冬冬 摄

  有了无源降温的布,那么,是否还有无源保暖的布?比如说,冬季项目的运动员长时间进行户外训练,吸入冷空气,可能会损伤呼吸系统,有没什么办法解决?

  2021年7月,国家体育总局在得知陶光明团队的相关研究成果后,邀请陶光明等科学家到北京参加座谈会,研究运动科学领域的科技需求和服务事项。

  新技术借不到、学不来,只能自己干出来。陶光明团队从新材料和新结构两方面入手,对无源保暖雪上科技护脸技术进行深入探究,挑战跨学科交叉的综合性和复杂性。

  一系列“问题”摆在陶光明面前,如何来解决?无数次实验,反复与国家队的运动员、教练沟通,两个月后,无源保暖雪上科技护脸装备终于得以成功研发。在-10℃环境中运动的志愿者,佩戴上该装备后,可使其吸入空气温度提高约20℃,面部皮肤温度提高约6℃。

  “我们团队研发的无源保暖雪上护脸装备,具有无源保暖、通气舒适、轻巧便携等特点。”陶光明介绍,这个装备通过局部微环境有效热调控,降低运动员在赛前热身或运动过程中面部、呼吸道损伤及低温带来的不适感,可为在严寒环境中着装轻便的越野滑雪运动员提供“快”而“暖”的无源保暖服务。

  而后,团队对通气量和舒适性进一步改善,设计出满足寒冷环境中高速运动需求的各种款式的护脸装备。

  近日,陶光明团队收到国家体育总局冬季运动管理中心的感谢信,肯定了团队为国家冰雪健儿备战冬奥会所提供的科技服务。

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