消暑黑科技

沈臻懿

著名詩人陸游曾就酷暑的“苦熱”，發(fā)出了“萬瓦鱗鱗若火龍，日車不動(dòng)汗珠融。無因羽翮氛埃外，坐覺蒸炊釜甑中”的感慨。高溫悶熱的天氣，可能是大部分人一年四季中最為發(fā)愁的季節(jié)。為了應(yīng)對(duì)高溫，腦洞大開的科學(xué)家們研發(fā)了各類降溫黑科技，諸如穿在身上即可感到?jīng)鏊囊挛?、活性微生物降溫模式、可攜帶的移動(dòng)式空調(diào)、冷卻輻射降溫的薄膜等。

能“降溫”的新型織物面料

盛夏時(shí)節(jié)的燥熱，使得人體在新陳代謝過程中，每天都要排出大量的汗水。部分人后背、腋窩等部位的汗腺尤為發(fā)達(dá)，特別是在高溫天氣下，更容易汗流不止。為此，人們脫掉厚重的冬衣，換上薄薄的夏服。不過，通常由純棉織物制成的短袖T恤，雖具有較好的吸汗性能，但其排汗能力極弱。在汗流浹背的酷暑天，衣物很快就會(huì)被汗水所濕透。而潮濕衣物黏附在皮膚上導(dǎo)致的悶熱與黏稠感，想必經(jīng)歷過酷暑的人們都深有體會(huì)。

除了衣物因汗水浸透、黏附在身上所帶來的不適外，濕透的衣物不一會(huì)兒還會(huì)發(fā)出陣陣刺鼻的汗臭味。眾所周知，人體汗液組成物質(zhì)中，有99%的成分是水，另有1%則是氯化鈉、氯化鉀等無機(jī)鹽以及尿素、脂肪酸等有機(jī)物。高溫下，當(dāng)汗液中的水分逐漸蒸發(fā)后，尿素的濃度趨于升高，夾帶著化肥般刺鼻氣味的汗臭味不斷向外發(fā)散。此外，在持續(xù)悶熱潮濕的環(huán)境下，細(xì)菌對(duì)于汗液等分泌物中的脂肪酸的分解，也會(huì)發(fā)出陣陣刺鼻氣味。

于是，人們不禁要問，有沒有一種織物，穿上后能令人瞬間體驗(yàn)到“清涼一夏”之感？為此，有科學(xué)家研制出了一種能隨時(shí)為體感降溫的新型織物面料。由這種新型織物面料制成的T恤，外觀雖看似普通，但卻富含大量黑科技元素。人們穿上這一T恤后，體感溫度會(huì)立即降低3℃至5℃。即使是再炎熱的夏天，也會(huì)讓人感到陣陣清涼。這一降溫利器背后的奧秘，就源于一種新型纖維面料的問世。該纖維是從天然植物中提取的玉米醇衍生物所組成的冰涼成分，可通過“相變”吸收熱量來調(diào)節(jié)衣物的溫度，從而給穿著者以清涼舒適的感覺。此外，這一纖維物質(zhì)還具有“溫度存儲(chǔ)”的重要功能。若是穿著由該纖維制成的衣物走出空調(diào)房間時(shí)，其能夠在一定程度上保留空調(diào)房內(nèi)的溫度，從而為穿著者抵擋外部的酷暑侵襲，并逐步適應(yīng)戶外的高溫，不會(huì)因突如其來的熱浪而引發(fā)不適感。相較于普通面料織物，這一纖維面料的蒸發(fā)擴(kuò)散能力整整高出棉織品的六倍。該纖維還具有極強(qiáng)的快速排汗速干功能，可以令穿著者在炎炎夏日感受到?jīng)鏊c愜意。無論是遇到皮膚上的水或者汗液，穿著者都能從纖維織物面料的快速蒸發(fā)過程中享受到清涼爽滑的快感。同時(shí)，這一新型纖維原料中的近40%成分來自自然界可再生資源，不僅環(huán)保、可再生，更能降低60%以上的溫室氣體排放與能耗。

除了前述這款提取自玉米醇衍生物的新型纖維面料外，美國馬里蘭大學(xué)的科學(xué)家們則研發(fā)出了一款利用3D打印技術(shù)制成的纖維織物面料。該款織物材料在制作過程中，被科學(xué)家嵌入了氮化硼納米片構(gòu)成的纖維以及聚乙烯醇等物質(zhì)，進(jìn)而使其具有了極佳的熱傳導(dǎo)能力。人們穿著這一面料制成的衣物時(shí)，可有效降低體感溫度。這款嵌入了氮化硼納米片與聚乙烯醇的3D打印織物面料的降溫效率，比傳統(tǒng)的聚乙烯醇、純棉織物等面料的降溫效率都要高出許多。研發(fā)科學(xué)家因此也將這一新型織物面料譽(yù)為可以穿戴在身上，且無任何電源零部件累贅的“便攜式空調(diào)”。

用微生物來降溫

不同于前述這些通過改良織物面料特性來實(shí)現(xiàn)體感清涼的降溫新科技，部分科學(xué)家更是腦洞大開，嘗試?yán)梦⑸飦硌邪l(fā)生物智能混合材料，從而實(shí)現(xiàn)有效降溫的目的。麻省理工學(xué)院的科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，一種名為納豆桿菌的微生物對(duì)外部環(huán)境中的水分與熱量的雙重變化極為敏感。在干燥環(huán)境下，納豆桿菌的細(xì)胞就會(huì)收縮；反之，在潮濕環(huán)境下，細(xì)胞則會(huì)趨于膨脹。同時(shí)，科學(xué)家經(jīng)過測試確認(rèn)，該種微生物不會(huì)因直接接觸人體表面而出現(xiàn)不良反應(yīng)。根據(jù)這一生物特性，科學(xué)家們研發(fā)出了一種名為Biologic的新型生物技術(shù)。該技術(shù)首先需要培育出活性細(xì)胞，并將其嵌入衣物面料中，制成一種能用于降溫的生物智能混合材料。與其他新型織物面料的降溫原理不同，該材料通過生物技術(shù)，能令衣物的開口隨著穿著者的身體熱量變化來決定開合。其能夠利用活性微生物為穿著者吸收汗液、降溫，從而起到舒適的體感效果。

具體而言，這一降溫新技術(shù)需要將納豆細(xì)胞微生物制成生物膜，隨后再印制到制衣面料上。利用這一技術(shù)制成的衣物，其背部外觀看似覆蓋了一層能夠打開與閉合的“鱗甲”。這些單體只有指甲蓋尺寸大小的開口，又被稱之為“襟翼”。每一片襟翼上都覆蓋有活性微生物細(xì)胞。這些微生物細(xì)胞既是衣物散熱、降溫的“傳感器”，同時(shí)又是激發(fā)這一動(dòng)能的“啟動(dòng)器”，能夠根據(jù)外部環(huán)境的濕度與溫度變化，膨脹與收縮。

不過，單單依靠納豆細(xì)胞微生物尚不能完全起到控制背部開口啟閉的作用?？茖W(xué)家經(jīng)過研究，還加入了覆蓋有大腸桿菌細(xì)胞的乳膠瓣片。當(dāng)穿著者因高溫或運(yùn)動(dòng)出汗時(shí)，嵌入了活性微生物細(xì)胞的衣物內(nèi)襯即可通過服飾上的開口對(duì)體表的熱量與汗水予以反饋。細(xì)胞在遇水膨脹后，令乳膠瓣片屈曲突起，如同飛機(jī)襟翼一般打開，從而在背部形成一個(gè)個(gè)通風(fēng)小孔。這些小孔能夠有效促使空氣流動(dòng)，以實(shí)現(xiàn)通風(fēng)散熱效果，并除去穿著者身體上黏附的汗液水分。當(dāng)散熱透氣活動(dòng)結(jié)束后，微生物細(xì)胞又會(huì)收縮，從而令背部襟翼合攏如初。這種微生物降溫新技術(shù)帶來的透氣、散熱效果，除能夠有效降低皮膚溫度外，還不會(huì)對(duì)穿著者的體表造成不適。

實(shí)驗(yàn)測試結(jié)果表明，微生物細(xì)胞可以針對(duì)不同濕度環(huán)境，做出相應(yīng)地反饋。當(dāng)其身處100%濕度下，所有襟翼開口便得以完全敞開，繼而實(shí)現(xiàn)通風(fēng)、透氣的最大化。因此，利用活性微生物作用的降溫新技術(shù)，除了能夠通風(fēng)、散熱，給穿著者以清涼的體感外，還可利用微生物的自身特性，增強(qiáng)衣物的透氣性，使其稱得上是一件“有生命的、可呼吸的”服裝。

令人欣喜的是，這些腦洞大開的科學(xué)家的創(chuàng)新并未就此停止?？茖W(xué)家們除了將微生物降溫技術(shù)運(yùn)用于衣物的通風(fēng)、透氣與降溫外，還考慮未來將這一技術(shù)應(yīng)用至跑鞋領(lǐng)域，期待體驗(yàn)者在跑步運(yùn)動(dòng)之時(shí)，也能感受到舒適的散熱與透氣感。

可攜帶的移動(dòng)式“空調(diào)”

酷暑難耐的季節(jié)中，躲在空調(diào)房內(nèi)吹冷風(fēng)，無疑是一件極為愜意的美事。但在某些時(shí)候，辦公室或者房間內(nèi)的空調(diào)突然“罷工”，令室內(nèi)再次回到又悶又熱的窘境；或者，因工作、生活等原因，人們常常不得不離開空調(diào)房間，直面高溫酷暑的侵襲……想必所有人在酷熱環(huán)境下，都會(huì)懷念空調(diào)開啟后帶來的涼爽感，甚至渴望能有一臺(tái)可以隨身攜帶、使用的空調(diào)，以保證使用者時(shí)刻感受到清涼與舒爽。

這些看似有些玄幻的想法，如今已然成真。在研究人員腦洞大開的奇思妙想下，一臺(tái)隨時(shí)隨地能帶來降溫與清涼感的個(gè)人便攜式移動(dòng)空調(diào)已然問世。這一顛覆傳統(tǒng)空調(diào)理念的便攜式移動(dòng)空調(diào)，在外觀設(shè)計(jì)上并不“逆天”，甚至可以說是“中規(guī)中矩”。其造型近乎為一個(gè)長寬高皆為16厘米左右的正方體小盒子，為了便于攜帶，該設(shè)備的總重量尚不到2公斤，使用普通交流電來作為自身的供電基礎(chǔ)。作為一臺(tái)能夠放置在桌面上的個(gè)人空調(diào)，便攜式移動(dòng)空調(diào)可為使用者提供一個(gè)完全屬于自己的舒適環(huán)境。使用者不必與他人共享同一個(gè)空調(diào)系統(tǒng)，在調(diào)節(jié)制冷溫度時(shí)不必被他人所左右，只需要滿足自身的舒適感即可。

便攜式移動(dòng)空調(diào)名為空調(diào)，但與傳統(tǒng)意義上的空調(diào)制冷方式有著天壤之別。傳統(tǒng)空調(diào)系利用冷媒來進(jìn)行制冷和降溫，便攜式移動(dòng)空調(diào)雖也具有風(fēng)扇，但其在制冷原理上，使用了一種特殊的吸水性納米材料。這一極具科技含量的吸水性材料，被稱之為玄武巖纖維。其可以吸收足量的水分，并可確保液體在微小表面上進(jìn)行極大蒸發(fā)，從而帶走周圍環(huán)境中的熱量。

正是由于這種玄武巖纖維的存在，使得這一新型空調(diào)得以隨身攜帶，且不會(huì)因傳統(tǒng)空調(diào)的冷風(fēng)直吹而導(dǎo)致感冒和空調(diào)病的發(fā)生。此外，由于新型降溫技術(shù)的應(yīng)用，使得便攜式移動(dòng)空調(diào)內(nèi)部并沒有傳統(tǒng)制冷過程所需的氟利昂，因而完全可以環(huán)保回收，且不會(huì)對(duì)臭氧層造成破壞。便攜式移動(dòng)空調(diào)的使用方式，同樣十分便利。使用者只需將水注入能夠拆卸的塑料水槽中，并將空調(diào)的功率調(diào)節(jié)至最為舒適那檔，即可以愜意地享受自然涼爽的個(gè)人空調(diào)世界。

由于其擁有與傳統(tǒng)空調(diào)不同的冷卻方式，還令其具有能源消耗更少的優(yōu)勢，可以為使用者節(jié)省更多的花銷。目前，便攜式移動(dòng)空調(diào)僅僅只有10W的基礎(chǔ)電耗，500W的冷卻電耗，遠(yuǎn)低于傳統(tǒng)空調(diào)的能耗，但最低制冷溫度卻可以達(dá)到驚人的17℃。

利用“輻射”來降溫

試想一想，只需要將一層薄薄的塑料膜覆蓋在屋頂之上，就能降溫10℃左右，酷暑高溫天氣也不再需要打開空調(diào)來降溫。這樣的情景看似異想天開，但科技的發(fā)展，已讓人們研發(fā)出了一款利用輻射來降溫的薄膜材料。

這款輻射制冷薄膜材料通過顯微鏡微觀觀察，系由諸多直徑為8微米的迷你玻璃珠隨機(jī)鑲嵌在塑料之中制成。不過，千萬不要小瞧了這由玻璃珠和塑料膜所制成的降溫材料。該冷卻薄膜材料，可以利用遠(yuǎn)紅外電磁波向外輻射能量，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)降溫、冷卻的目的。就這一技術(shù)背后的科學(xué)原理而言，該材料所發(fā)射的遠(yuǎn)紅外電磁波的波長在8—14微米之間。對(duì)于這一波長范圍內(nèi)的電磁波而言，地球上空的大氣層甚至可以被其忽略不計(jì)。通過該電磁波向外輻射發(fā)出的熱量，幾乎不會(huì)被地球大氣層以吸收、散射、反射等形式來加以轉(zhuǎn)化和消化，而是直接穿越大氣層，進(jìn)入外太空零下兩百多攝氏度的低溫環(huán)境之中。從某種程度來說，這一輻射冷卻材料，在充滿熱量的室溫環(huán)境與宇宙外太空的極冷環(huán)境之間，搭起了一座單向能量傳輸橋梁。

單單是這一薄膜材料本身，就已經(jīng)能輕松將熱量向外輻射。若在這一薄膜材料上再覆蓋一層納米級(jí)的金屬膜層，其降溫、冷卻效果無疑會(huì)變得更為顯著。覆蓋了金屬膜層的薄膜材料，不僅能夠利用遠(yuǎn)紅外電磁波將熱量向外輻射出去，還可進(jìn)一步將照射其上的太陽光予以反射，從而為需要降溫、冷卻之物提供了雙層保險(xiǎn)，避免其因吸收太陽光而導(dǎo)致升溫變熱。

研究人員經(jīng)試驗(yàn)測試發(fā)現(xiàn)，這一薄膜冷卻材料在正午的太陽光直射下，可以實(shí)現(xiàn)最高達(dá)93W每平方米的輻射冷卻功率，并可以將由其覆蓋、接觸的物體迅速降溫、冷卻十余攝氏度。

相比傳統(tǒng)空調(diào)需要耗費(fèi)能源，制冷所用的氟利昂會(huì)對(duì)大氣層造成破壞，這一不用連通電源，也不用燃燒油料的薄膜，完全依靠自身就能實(shí)現(xiàn)降溫與冷卻。在降溫的過程中，這一薄膜的工作原理，讓人們不用擔(dān)心其會(huì)造成任何環(huán)境污染與破壞。該薄膜所做的工作，即是在起到降溫與冷卻作用的同時(shí)，將地球上多余的熱量，直接送往極冷環(huán)境下的外太空！

編輯：黃靈 yeshzhwu@foxmail.com