輻射降溫技術(shù)在服裝上的應(yīng)用研究進(jìn)展

摘" 要：輻射降溫作為一種無(wú)源輸入的降溫技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)零能耗、零污染的自發(fā)降溫，為應(yīng)對(duì)環(huán)境變化和調(diào)控人體熱舒提供了創(chuàng)新的能源解決方案。聚焦于輻射降溫技術(shù)在服裝領(lǐng)域的應(yīng)用與性能評(píng)價(jià)，介紹了基于人體熱交換模型及Kirchhoff熱輻射定律的高透射和高發(fā)射降溫機(jī)制；綜述了以膜態(tài)復(fù)合材料以及纖維態(tài)織物為代表的輻射降溫材料的材料選擇與制備工藝；討論了光譜分析、織物熱測(cè)量對(duì)比和服裝真人試驗(yàn)3種性能評(píng)價(jià)方式。綜述發(fā)現(xiàn)，輻射降溫技術(shù)在服裝領(lǐng)域大有可為，未來(lái)在提高材料的降溫效率、改善服用性能、簡(jiǎn)化制備工藝、優(yōu)化服裝整體評(píng)價(jià)方法等方面持續(xù)優(yōu)化材料的制備工藝與評(píng)價(jià)體系，以及拓寬材料的實(shí)用功能如吸濕、抗菌等，將助力推動(dòng)實(shí)現(xiàn)輻射降溫服用材料的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。

關(guān)鍵詞：功能性服裝；紅外輻射；輻射降溫；人體工學(xué)；高發(fā)射；高透射

中圖分類(lèi)號(hào)：TS101.3

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1009-265X（2024）12-0123-11

DOI： 10.19398j.att.202404005

收稿日期：20240407

網(wǎng)絡(luò)出版日期：20240618

基金項(xiàng)目：中國(guó)紡織工業(yè)聯(lián)合會(huì)科技指導(dǎo)性計(jì)劃項(xiàng)目（2022034）

作者簡(jiǎn)介：王燚若男（1999—），女，貴州遵義人，碩士研究生，主要從事輻射降溫功能服裝方面的研究。

通信作者：戴宏欽，E-mail：daihongqin@suda.edu.cn

工業(yè)化的飛速發(fā)展加劇了全球變暖，國(guó)際能源署2024年報(bào)告中指出，全球平均地表溫度已經(jīng)比工業(yè)化前水平高出約1.2 ℃［1］。高溫會(huì)影響人的熱舒適性、工作效率和身心健康，極端高溫甚至?xí)?dǎo)致死亡［2］。近年來(lái)，在全球重視環(huán)保以及國(guó)家“雙碳”目標(biāo)背景下，無(wú)源輸入的輻射降溫技術(shù)研究興起［3］。隨著納米光子學(xué)和超材料領(lǐng)域拓展，新型光譜選擇性輻射制降溫材料得到迅速發(fā)展，日間輻射降溫技術(shù)可實(shí)現(xiàn)零能耗［4］、零污染［5］自發(fā)降溫。將這種輻射降溫技術(shù)應(yīng)用于服裝，發(fā)展低碳環(huán)保、高效的新型輻射降溫服用材料，在未來(lái)或?qū)?shí)現(xiàn)可持續(xù)無(wú)源降溫的目標(biāo)。

為滿(mǎn)足特殊工作和戶(hù)外活動(dòng)的需要，人們對(duì)具備散熱調(diào)控的功能性服裝的需求愈加強(qiáng)烈。輻射降溫技術(shù)在應(yīng)對(duì)環(huán)境溫度變化和調(diào)控?zé)崾孢m方面展現(xiàn)出巨大潛力，為人體的散熱降溫提供了新途徑。本文基于人體工學(xué)，分析適用于室內(nèi)和室外環(huán)境的人體輻射降溫設(shè)計(jì)策略；總結(jié)歸納目前能夠應(yīng)用于服裝領(lǐng)域的膜態(tài)復(fù)合材料和纖維態(tài)織物的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、材料選擇、制備工藝和性能評(píng)價(jià)；分析輻射降溫材料在服裝領(lǐng)域應(yīng)用的挑戰(zhàn)及發(fā)展，以期為輻射降溫技術(shù)在服裝上的集成應(yīng)用研究作出參考。

1" 人體-服裝-環(huán)境的熱交換

特定環(huán)境下著裝人體可以看成一個(gè)人體-服裝-環(huán)境構(gòu)成的開(kāi)放系統(tǒng)，人體一直產(chǎn)生代謝熱，并通過(guò)服裝與環(huán)境進(jìn)行熱交換。在炎熱環(huán)境下，特別需要增強(qiáng)散熱以維持人體熱平衡。皮膚是人體主要的散熱途徑［6］，機(jī)體內(nèi)部傳遞到皮膚表面的熱能主要通過(guò)輻射、傳導(dǎo)、對(duì)流和蒸發(fā)4種方式散熱（見(jiàn)圖1）。

輻射在人體散熱中不可或缺。研究表明，在典型室內(nèi)環(huán)境下，人體裸體的輻射散熱量約占機(jī)體總熱量的60%［7］。在夏季，傳統(tǒng)服裝材料主要為棉、亞麻等天然纖維，以及聚酯等合成纖維，這些纖維在紅外波段的吸收率較高（通常大于0.7），可能會(huì)導(dǎo)致人體從環(huán)境吸收熱量，無(wú)法實(shí)現(xiàn)有效的輻射散熱降溫［8］。根據(jù)Kirchhoff熱輻射定律，通過(guò)調(diào)控材料的光學(xué)特性，進(jìn)而調(diào)控人體和服裝之間的熱輻射交

換，可以有效加速輻射散熱，實(shí)現(xiàn)人體降溫。根據(jù)Tong等［9］的熱交換模型（見(jiàn)圖2），在室內(nèi)環(huán)境下的

人體輻射散熱量取決于服裝材料的紅外透過(guò)率，高紅外透過(guò)率的服裝可加速人體降溫：在室外環(huán)境下，由于受到太陽(yáng)輻射直接影響，輻射散熱量取決于服裝外表面對(duì)太陽(yáng)的反射率和紅外發(fā)射率，兼?zhèn)涓咛?yáng)反射率和高紅外發(fā)射率的服裝可加速人體降溫。圖2中qrad，s為皮膚熱輻射熱通量；ρi ，MIR 為面料內(nèi)表面的熱輻射反射率；τc 服裝面料的熱輻射透射率；qsun為太陽(yáng)輻射功率密度；ρo為面料外表面的反射率；qrad，i面料內(nèi)表面的輻射熱通量；qrad，o為服裝面料表面的熱輻射熱通量；為皮膚經(jīng)由空氣層往織物傳熱的傳導(dǎo)熱通量；qcond，c為服裝面料內(nèi)表面向外表面熱傳導(dǎo)熱通量；q為新陳代謝產(chǎn)熱（人體干熱散熱功率）；Δq為凈散熱量（干熱）。

根據(jù)能量守恒可以得到熱交換公式：

q=（1-ρi）qrad，s+qcond，a-qrad，i（1）

Δq=（qrad，s+qcond，a）-（ρi，MIR·qrad，s+τc·qsun+qrad，i）（2）

根據(jù)熱交換公式，Δq凈散熱量（干熱）越大表示人體散熱越充分，傳導(dǎo)散熱量qcond，a取決于皮膚溫度與服裝面料之間的溫度差和服裝面料的導(dǎo)熱率，單向高熱導(dǎo)率的材料也可加速傳導(dǎo)散熱。

2" 人體輻射降溫設(shè)計(jì)策略

2.1" 基本原理

地球表面的輻射過(guò)程如圖3（a）所示，太陽(yáng)輻射和從地表發(fā)射的紅外輻射組成了通常所說(shuō)的環(huán)境輻射。環(huán)境輻射與地球大氣的相互作用維持了能量平衡，決定了地球表面的溫度［10］。從圖3（b）可以觀(guān)

察到，由于大氣中的空氣分子、云層的反射、吸收或散射作用，0.3～2.5 μm波段的太陽(yáng)輻射會(huì)沿傳播路徑逐漸衰減。同時(shí)，大氣層也吸收來(lái)自地表的紅外輻射，地表的紅外輻射通過(guò)大氣層時(shí)也會(huì)發(fā)生吸收，黑體在300 K （接近地面溫度）附近的發(fā)射光譜主要集中在中紅外波段，由于8～13 μm 波段的透射率較高，該波段即為輻射能的冷量來(lái)源，通常將其稱(chēng)為大氣窗口［4］。

人體的紅外輻射明顯（發(fā)射率ε約為0.98，近似于黑體），人體皮膚34 ℃時(shí)的紅外輻射主要分布在7～14 μm波段，與“大氣窗口”高度重疊。將輻射制冷技術(shù)理念中對(duì)人體紅外波段的輻射或太陽(yáng)輻射的調(diào)控與個(gè)人熱管理技術(shù)相融合，可實(shí)現(xiàn)高效的人體輻射降溫?；跓峤粨Q模型及Kirchhoff熱輻射定律，針對(duì)不同環(huán)境下的人體冷卻（室內(nèi)和室外），可通過(guò)高透射和高發(fā)射2種降溫機(jī)制來(lái)實(shí)現(xiàn)高效的人體輻射降溫。

2.2" 高透射降溫

高透射降溫機(jī)制如圖4所示。服裝面料具備中紅外高透射特性時(shí)，人體發(fā)出的熱輻射可以幾乎無(wú)障礙地通過(guò)服裝向環(huán)境散熱，從而實(shí)現(xiàn)人體冷卻。人體中紅外波段外的振動(dòng)吸收通常由各種鍵振動(dòng)引起，包括—CHO（2810～2710 cm-1）、CC（1880～1785 cm-1）、CO（1825～1725 cm-1）、C—S（650～600 cm-1）以及S—S鍵振動(dòng)（低于500 cm-1）［11］ 。因此材料選擇設(shè)計(jì)時(shí)，排除含有這些化學(xué)鍵振動(dòng)吸收，即可實(shí)現(xiàn)中紅外透明。為滿(mǎn)足衣物基本的遮蔽保護(hù)功能，在材料中引入納米級(jí)結(jié)構(gòu)散射單元覆蓋可見(jiàn)光波段（400～700 nm），可形成人眼不透明所需的散射峰。單一紅外透明材料無(wú)法阻隔外部中紅外輻射進(jìn)入，當(dāng)室內(nèi)環(huán)境溫度較高時(shí)，環(huán)境熱輻射容易通過(guò)服裝到達(dá)皮膚［12］，對(duì)于室外場(chǎng)景，受太陽(yáng)輻射

直接影響，也可能導(dǎo)致人體從環(huán)境吸收熱量，因此不作為室外個(gè)人輻射降溫設(shè)計(jì)的最佳選擇。

2.3" 高發(fā)射降溫

高發(fā)射降溫機(jī)制如圖5所示，通過(guò)調(diào)控服裝材料的外表面發(fā)射率，使服裝面料具有中紅外高發(fā)射特性，能夠?qū)崃课詹⑥D(zhuǎn)化為輻射能向環(huán)境發(fā)射，從而實(shí)現(xiàn)高效的人體降溫。基于紅外光譜特征，6.7～16.7 μm的指紋區(qū)覆蓋了 8～13 μm的大氣窗口波段，包括單鍵C—O、C—N、C—F、C—P、C—S、Si—O，雙鍵CS、SO、PO及C—O、C—N、C—Cl、C—F 等在內(nèi)的分子鍵均在指紋區(qū)具有強(qiáng)吸收［13］。由于人體皮膚在太陽(yáng)波段反射率低，可吸收超過(guò)60%的太陽(yáng)輻射能［14］。為避免人體從外界吸熱，通過(guò)引入低濃度的高折射率（n）納米顆粒，可獲得較大的反射率，如TiO2（n≈2.44）、Al2O3（n≈1.77）、ZnO（n≈2）［15-17］ 。通過(guò)增強(qiáng)服裝材料的紅外發(fā)射特性，同時(shí)增加面料外表面對(duì)太陽(yáng)光的反射，非常適用于室外個(gè)人輻射降溫設(shè)計(jì)。

3" 輻射降溫技術(shù)的研究進(jìn)展

3.1" 新型節(jié)能技術(shù)及系統(tǒng)應(yīng)用

暖通空調(diào)（HVAC）系統(tǒng)被廣泛應(yīng)用于空間冷卻，化石燃料的過(guò)度消耗造成CO2等溫室氣體的大量排放［18-20］，導(dǎo)致了全球變暖，預(yù)計(jì)到2050年極端高溫將成為全球氣溫常態(tài)［21］。開(kāi)發(fā)節(jié)能和生態(tài)友好的冷卻技術(shù)對(duì)于避免這些問(wèn)題并實(shí)現(xiàn)持續(xù)的低碳生活方式至關(guān)重要。

從發(fā)展歷程看，夜間輻射降溫從20世紀(jì)中葉起已有較多研究。但這些夜間輻射降溫材料難以同時(shí)滿(mǎn)足較高的紅外發(fā)射率和太陽(yáng)反射率，因此限制了其在白天的應(yīng)用。由于太陽(yáng)輻射能量密度約為輻射制冷能量密度的10倍［22］，這給日間輻射制冷帶來(lái)了挑戰(zhàn)。近年來(lái)，得益于微納技術(shù)研究的進(jìn)展，使新型輻射制冷材料如光學(xué)薄膜材料［23-24］、超材料及超表面［25-26］ 、光子晶體［27-28］等既具有高太陽(yáng)光譜反射率，又在“大氣窗口” 波段具有高發(fā)射率的材料，得以實(shí)現(xiàn)日間輻射制冷。

近年來(lái)，輻射降溫已從結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、材料選擇、制備工藝、集成應(yīng)用等多個(gè)角度被廣泛研究［29-30］，最新進(jìn)展表明，其建筑應(yīng)用前景廣闊，其實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景也得到了很大拓展，如建筑節(jié)能［34］、提高光伏發(fā)電效率［31］、淡水收集等［32］。Zhai等［29］開(kāi)發(fā)了一種低成本的聚合物-玻璃混合超材料（RadiCold超薄膜），如圖6（a）所示，RadiCold超薄膜的平均紅外發(fā)射率大于0.93，太陽(yáng)反射率約為0.96，能夠?qū)崿F(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)應(yīng)用。Zhao等［33］提出了一種新型的屋頂集成環(huán)境輻射空氣冷卻系統(tǒng)，如圖6（b）所示，通過(guò)采用RadiCold超薄膜來(lái)降低閣樓溫度，與瓦屋頂相比，閣樓溫度在典型的夏日可以降低15.5～21.0 ℃。目前，輻射制冷屋面已有應(yīng)用于公共建筑中的案例，如杭州蕭山國(guó)際機(jī)場(chǎng)T4航站樓廊橋，在應(yīng)用輻射降溫技術(shù)后，單個(gè)廊橋的年空調(diào)制冷節(jié)能率可達(dá)43.7%［34］。

3.2" 新型服用降溫材料

輻射降溫技術(shù)在服裝領(lǐng)域的應(yīng)用更具復(fù)雜性和靈活性，在服裝上的集成應(yīng)用除優(yōu)異的降溫性能外，還需一定滿(mǎn)足的力學(xué)性能和服用性能以確?？纱┐餍院湍陀眯?。受惠于交叉學(xué)科的興起， 近年來(lái)以膜態(tài)復(fù)合材料以及纖維態(tài)織物為代表的輻射降溫材料，由于其具備良好的柔性和透氣性，能夠用于在室內(nèi)和室外等不同環(huán)境中為人體降溫。

3.2.1" 膜態(tài)復(fù)合材料

在紡織服裝領(lǐng)域，為解決輻射降溫技術(shù)與服用性能之間的兼容和同步問(wèn)題，研究者通常采用多層復(fù)合的方式構(gòu)建輻射降溫材料，使制得的膜材料具有更加優(yōu)異的服用性能，研究路線(xiàn)如圖7所示。

相關(guān)研究表明，具有微納結(jié)構(gòu)的輻射降溫膜材料可表現(xiàn)出優(yōu)異的冷卻性能，與人體熱管理技術(shù)相融合的膜態(tài)降溫紡織材料主要包括以下幾類(lèi)：

a）高透射降溫材料：為了充分利用熱輻射進(jìn)行降溫，服裝面料應(yīng)該對(duì)中紅外輻射透明，這是人體主要發(fā)射的光譜范圍?；谇叭颂岢龅腎TVOF織物概念，Hsu等［35］研究出一種有效促進(jìn)輻射降溫的納米多孔聚乙烯（NanoPE）膜，如圖8（a）所示，50～1000 nm的納米孔隙被嵌入聚乙烯薄膜中，根據(jù)米氏散射原理，納米聚乙烯薄膜可同時(shí)滿(mǎn)足紅外透明可見(jiàn)光不透明，通過(guò)微針穿孔、聚多巴胺（PDA）改性處理和與棉織物復(fù)合等方法對(duì)其進(jìn)行改進(jìn)后提高了透氣性、舒適性和耐磨性等。李敏等［36］基于靜電紡絲技術(shù)，結(jié)合浸漬法制備了一種PVDF/SiO2新型輻射降溫納米纖維膜，由于PVDF的分子振動(dòng)和SiO2 微球 Si—O鍵的固有聲子極化共振，使納米纖維膜具有較高的中紅外透射率和太陽(yáng)反射率。

b）分波段響應(yīng)降溫材料：相較于單一的紅外透射膜材料，通過(guò)分層設(shè)計(jì)分波段響應(yīng)可進(jìn)一步優(yōu)化輻射降溫性能和服用性能。Song等［37］研究制備了一種工藝簡(jiǎn)單的三層復(fù)合膜PBNT（PE/PVDF/PE）應(yīng)用于紅外發(fā)射降溫，如圖8（b）所示，中間層由于PVDF的分子鍵振動(dòng)強(qiáng)烈吸收/發(fā)射8～13 μm的紅外輻射，其兩側(cè)的納米多孔PE層（23 μm）反射其他波長(zhǎng)的輻射，在太陽(yáng)直接照射下，PBNT使皮膚溫度比傳統(tǒng)紡織品低7.7～10.8 ℃。此外，通過(guò)對(duì)內(nèi)層的親水改性，有效提高了穿戴舒適性。

c）降溫/保溫雙功能材料：近年來(lái)，基于相變材料等的雙向溫度調(diào)節(jié)服裝走進(jìn)大眾視野，基于紅外輻射調(diào)控的雙功能調(diào)溫研究也逐漸興起。Hsu等［38］以NanoPE膜為主體，通過(guò)刮涂工藝嵌入了高發(fā)射率碳涂層和低發(fā)射率金屬涂層， 如圖8（c）所示，實(shí)現(xiàn)了同一紡織品具備保溫/降溫雙功能的技術(shù)進(jìn)步，經(jīng)驗(yàn)證該雙?？椢锸咕C合熱舒適區(qū)擴(kuò)大了6.5 ℃。楊春利等［39］采用靜電紡絲法制備出高紅外發(fā)射率的聚偏氟乙烯/二氧化硅（PVDF/SiO2）纖維膜，然后將其與低紅外發(fā)射率的導(dǎo)電織物和高紫外反射率的聚四氟乙烯（PTFE）服裝膜進(jìn)行層壓復(fù)合，得到了三明治結(jié)構(gòu)的 PTFE-PVDF/SiO2 導(dǎo)電織物，調(diào)整其正反面同樣可實(shí)現(xiàn)制冷和保暖的雙重功能。

d）單向?qū)裉匦缘慕禍夭牧希簩⑽鼭衽藕购洼椛浣禍亟Y(jié)合起來(lái)，對(duì)于實(shí)現(xiàn)高溫環(huán)境下的高效散熱和提高人體的熱濕舒適性具有很大的潛力。Gu等［40］開(kāi)發(fā)了一種單向?qū)竦妮椛浣禍丶徔椘稡AWCM，如圖8（d）所示，低熱導(dǎo)率的香蕉樹(shù)纖維素氣凝膠膜（BTCAM）被設(shè)計(jì)為外層，以減少高溫環(huán)境下從環(huán)境到人體的熱傳遞，由于分子振動(dòng)同時(shí)具有高發(fā)射特性。采用靜電紡絲的方法在BTCAM上制作一層疏水的ZnO-NPs/TPU納米纖維作為內(nèi)層，親水/疏水結(jié)構(gòu)能夠?qū)崿F(xiàn)汗液的定向輸送。經(jīng)驗(yàn)證，BAWCM織物在陽(yáng)光直射下比棉織物低9 ℃。

3.2.2" 纖維態(tài)織物材料

傳統(tǒng)服裝面料通常是由天然/化學(xué)纖維經(jīng)紡紗、織造等工序加工而成的纖維態(tài)織物，因而具有良好的舒適性能，從本質(zhì)上講膜態(tài)材料不適用于普通服裝，因?yàn)槠淙狈镜姆眯阅堋Ｒ虼?，開(kāi)發(fā)具有輻射降溫柔性纖維，發(fā)展機(jī)織/針織的纖維態(tài)織物更適用于服裝的加工和使用。纖維態(tài)織物材料的制備工藝如圖9所示［41］。

近年來(lái)，為了獲得更適配于個(gè)人熱管理的輻射降溫紡織服裝材料，研究者們圍繞高透射和高發(fā)射降溫機(jī)制，通過(guò)相分離、顆粒摻雜等方法設(shè)計(jì)并制備了各種具有高輻射性能的纖維態(tài)織物，其材料、制備方法及工藝詳見(jiàn)表1。

纖維態(tài)織物材料主要包括以下幾類(lèi)：

a）高透射材料：納米PE纖維是最具代表性的高透射材料，是從薄膜發(fā)展到柔性纖維的先行者。由于高透射的NanoPE薄膜本身的電負(fù)性較強(qiáng)［50］，而人體皮膚是正電的，在穿著過(guò)程中會(huì)引起強(qiáng)烈的接觸電化，導(dǎo)致極大的不適感，從本質(zhì)上講并不適用于普通服裝。因此，Peng等［42］通過(guò)石蠟油的比例控制在聚乙烯纖維中嵌入納米級(jí)孔隙（20～1000 nm）強(qiáng)烈散射可見(jiàn)光（400～700 nm），紅外透明人眼不透明的NanoPE織物在室內(nèi)環(huán)境表現(xiàn)出優(yōu)良的降溫能力，可將人體皮膚溫度降低2.3 ℃，還具備良好的舒適性和耐久性。Cai等［43］利用紅外區(qū)域無(wú)明顯吸收的無(wú)機(jī)顏料納米顆粒實(shí)現(xiàn)了在NanoPE纖維上的穩(wěn)定著色，顏色織物仍能保持80%以上的紅外透明，進(jìn)一步優(yōu)化了納米聚乙烯纖維織物的可穿戴性。

b）室外高發(fā)射/高反射材料：由于高透射材料不能隔絕外部中紅外輻射進(jìn)入，且室外環(huán)境下太陽(yáng)輻射能量巨大，可能導(dǎo)致人體從外部環(huán)境吸收熱量，因此人們逐漸開(kāi)始研究高發(fā)射材料和高反射材料來(lái)實(shí)現(xiàn)更高效的人體降溫。受天然蠶繭纖維的輻射降溫光學(xué)特性啟發(fā)，Shi等［44］通過(guò)濕法紡紗制造了基于再生絲纖維素和聚偏二氟乙烯（PVDF）的仿生物納米結(jié)構(gòu)纖維，能夠提供0.93的太陽(yáng)反射率和0.91的高發(fā)射率，為室外場(chǎng)景的個(gè)人輻射降溫提供了一種新的可能。Song等［46］利用聚環(huán)氧乙烷PEO的高發(fā)射特性和水溶性特點(diǎn)，制備了PVDF/PEO納米多孔纖維，提供90%以上的發(fā)射率和太陽(yáng)反射率，經(jīng)驗(yàn)證可避免在太陽(yáng)直接照射下人體過(guò)熱17.7 ℃，降溫性能明顯，相較于其他制備工藝，水溶性的PEO極大地簡(jiǎn)化了制備難度。Zeng等［41］通過(guò)顆粒摻雜設(shè)計(jì)了一種多層元織物，由二氧化鈦-聚乳酸（TiO2-PLA）復(fù)合微纖維編織而成的織物層與薄聚四氟乙烯（PTFE）層組成，能夠提供92%以上的發(fā)射率和反射率。實(shí)驗(yàn)證明該分層織物與棉織物相比具有較好的降溫性能（溫度下降4.8 ℃）。Li等［52］通過(guò)水蒸氣誘導(dǎo)相分離（WVIPS）技術(shù)制造出納米層結(jié)構(gòu)的分層多孔聚偏氟乙烯-共六氟丙烯（PVDF-HFP）纖維狀織物，與裸露的模擬皮膚和棉織物相比，其溫降分別為19.8 ℃和13.2 ℃。

c）全天候選擇性發(fā)射/高反射材料：為使輻射降溫材料更具環(huán)境適應(yīng)性，使人體輻射散熱不受環(huán)境影響，Wu等［48］展示了一種聚甲醛（一種主鏈僅由 C—O—C 鍵組成的廣泛使用的聚合物POM）納米紡織品的設(shè)計(jì)，根據(jù)米氏散射原理，POM納米纖維的直徑設(shè)計(jì)接近于0.3～1.0 μm的主要太陽(yáng)波段使其具有高反射率。由于分子鍵和官能團(tuán)的振動(dòng)吸收，POM織物在8～13 μm的大氣窗口內(nèi)具有75.9%的高選擇發(fā)射率，在整個(gè)4～25 μm的中紅外區(qū)域，POM織物平均透射率達(dá)到48.5%。與典型的透射型、發(fā)射型和商用棉織品相比，它的選擇性中紅外發(fā)射和透射特性，使人體散熱不受環(huán)境（室內(nèi)和室外）的影響，POM織物人體輻射降溫性能明顯增強(qiáng)。

與非選擇性熱發(fā)射器相比，選擇性熱發(fā)射器先前已被證明具有卓越的冷卻性能［51-52］，由于疏水性材料的使用及其厚度的限制，前沿的被動(dòng)輻射冷卻織物缺乏水分管理能力，為進(jìn)一步提高材料的濕熱管理能力和冷卻效率，Zhang等［49］將選擇性光學(xué)冷卻和吸液芯蒸發(fā)冷卻耦合在一起，制備了一種分層元織物，其在8～13 μm內(nèi)表現(xiàn)出78.13%的高發(fā)射率、99.16%的太陽(yáng)反射率和良好的透濕性，防止了16.6 ℃的過(guò)熱，其中包括濕度管理的貢獻(xiàn)約8.2 ℃。

4" 性能評(píng)價(jià)

4.1" 材料評(píng)價(jià)

目前，輻射降溫材料的冷卻性能評(píng)價(jià)主要有光譜分析、紅外熱成像和熱測(cè)量對(duì)比分析3種方式。

光譜分析是一種客觀(guān)評(píng)價(jià)方式，主要借助FTIR紅外光譜儀直接測(cè)量特定波段的反射（γ）和透射率（τ），發(fā)射率（ε）根據(jù)ε=1-γ-τ計(jì)算，或帶有漫反射金積分球的紫外-可見(jiàn)-近紅外（UV-Vis-NIR）光譜儀測(cè)定太陽(yáng)反射率。如Lin等［53］制備了一種周期性溝槽狀超表面結(jié)構(gòu)的輻射制冷薄膜材料（PMRC），通過(guò)紫外-可見(jiàn)-近紅外光譜儀和傅里葉變換紅外光譜儀測(cè)量了PMRC薄膜在非偏振光下的反射率和吸收率/發(fā)射率，如圖10（a）所示，它在大氣窗口內(nèi)可實(shí)現(xiàn)4.8%的低太陽(yáng)吸收率和96.1%的足夠高的平均發(fā)射率。

紅外熱成像是一種較為直觀(guān)的評(píng)價(jià)方式。Wu等［48］拍攝了基于POM織物（左胸前）的防護(hù)服在室內(nèi)和室外（晴天和陰天）環(huán)境下的紅外成像，如圖10（b）所示，防護(hù)服左胸和其余部分的表面溫度差達(dá)到了近3.0 ℃，表征了POM織物的實(shí)際降溫效果。

織物熱測(cè)量對(duì)比可通過(guò)搭建穩(wěn)態(tài)傳熱裝置，用產(chǎn)生恒定加熱功率的加熱元件來(lái)模擬人體皮膚，用熱電偶來(lái)直接測(cè)量模擬皮膚，較低的皮膚溫度意味著有更好的冷卻效果，可采用接觸和非接觸兩種模式進(jìn)行評(píng)價(jià)。如Wei等［17］搭建了由織物、硅橡膠模擬皮膚和與模擬皮膚上表面接觸的帶狀熱接點(diǎn)熱電偶組成的冷卻性能測(cè)試裝置，如圖10（c）所示，結(jié)果表明經(jīng)過(guò)涂覆Al2O3-醋酸纖維素的紡織品可以降低人體皮膚溫度 0.6～1.0 ℃。

4.2" 服裝評(píng)價(jià)

對(duì)于輻射降溫材料所設(shè)計(jì)制作的服裝，其降溫性能評(píng)價(jià)在服裝領(lǐng)域仍屬于服裝熱濕舒適評(píng)價(jià)范疇。服裝舒適性的測(cè)試包括主觀(guān)測(cè)試和客觀(guān)測(cè)試，通過(guò)大規(guī)模人體穿著實(shí)驗(yàn)的結(jié)果更接近于實(shí)際，應(yīng)用性更強(qiáng)。如Ke等［54］設(shè)計(jì)了一種NanoPE材料制成的普通版女式商務(wù)襯，如圖10（d）所示。人體穿著實(shí)驗(yàn)（18名女性參與者）通過(guò)測(cè)試其在4種均勻室內(nèi)條件下的平均皮膚溫度、平均上身溫度和平均下身溫度，以棉質(zhì)襯衫作為對(duì)照組驗(yàn)證了NanoPE襯衫有助于提高室內(nèi)環(huán)境下的熱舒適度。

5" 結(jié)論與展望

全球氣候變暖，異常高溫頻發(fā)，輻射降溫作為一種環(huán)保無(wú)源的降溫技術(shù)，在應(yīng)對(duì)環(huán)境溫度變化和調(diào)控?zé)崾孢m方面展現(xiàn)出巨大潛力。本文總結(jié)歸納了目前能夠應(yīng)用于服裝領(lǐng)域的輻射降溫技術(shù)的研究進(jìn)展，并對(duì)其材料選擇、制備工藝、降溫效果及評(píng)價(jià)方法等進(jìn)行了分析和評(píng)價(jià)，得出以下結(jié)論：

a）目前已開(kāi)發(fā)的大多數(shù)膜態(tài)材料存在可穿戴性差、吸濕透氣性差、可水洗重復(fù)性差等問(wèn)題，難以服裝開(kāi)發(fā)中得到實(shí)際應(yīng)用。因此，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和材料選擇方面需充分考慮服用性能，優(yōu)化透氣透濕、柔軟可加工以及對(duì)人體皮膚溫和不刺激等，以期獲得服用性能更加優(yōu)異的輻射降溫材料。

b）當(dāng)前材料的降溫性能評(píng)價(jià)大多停留于實(shí)驗(yàn)室階段，降溫特性測(cè)試也未得到規(guī)范和統(tǒng)一，未突破服裝整體的應(yīng)用評(píng)價(jià)，缺乏服裝整體性評(píng)價(jià)方案?；谌梭w工學(xué)，根據(jù)服裝的使用場(chǎng)景及實(shí)際需求，強(qiáng)化輻射降溫與人體熱濕傳遞、衣下空氣層流動(dòng)之間的關(guān)聯(lián)性和系統(tǒng)性，提高對(duì)輻射降溫材料的整體性降溫性能評(píng)價(jià)，對(duì)推動(dòng)輻射降溫技術(shù)在服裝領(lǐng)域的應(yīng)用具有重要意義。

c）當(dāng)前大多數(shù)輻射降溫纖維材料工藝仍較為復(fù)雜，成本不可控，難以做到高度產(chǎn)業(yè)化的快速制備。為實(shí)現(xiàn)輻射降溫服用材料在紡織服裝領(lǐng)域的商用化目標(biāo)，未來(lái)應(yīng)在提高材料的降溫效率、改善服用性能、簡(jiǎn)化制備工藝、優(yōu)化服裝整體評(píng)價(jià)方法以及拓寬材料的實(shí)用功能等方面，持續(xù)優(yōu)化材料的制備工藝。

當(dāng)前輻射降溫服用材料的發(fā)展仍然面臨著許多挑戰(zhàn)，由于輻射降溫技術(shù)固有的低能量密度特性，通常需要大面積鋪設(shè)材料才能實(shí)現(xiàn)顯著的降溫效果；此外，多云等氣候因素使人體吸收更多的大氣窗口以外的輻射導(dǎo)致降溫效率不夠理想，高溫氣候下輻射降溫技術(shù)與水分管理難以兼容與同步等。隨著人們?cè)絹?lái)越注重舒適性和功能性，在滿(mǎn)足基本穿著需求的前提下，將輻射降溫技術(shù)與導(dǎo)濕、抗菌、防護(hù)等功能相結(jié)合，拓寬輻射降溫技術(shù)在服裝領(lǐng)域的應(yīng)用場(chǎng)景，將成為未來(lái)輻射降溫技術(shù)在服裝領(lǐng)域大規(guī)模應(yīng)用的新機(jī)遇。如以運(yùn)動(dòng)和戶(hù)外為主的功能性服裝如防曬衣、瑜伽健身服、騎行服等以防紫外線(xiàn)、抗菌、吸濕速干為特點(diǎn)，為人體提供舒適健康。除了運(yùn)動(dòng)和戶(hù)外領(lǐng)域，還有許多特殊職業(yè)也在使用特殊功能的服裝，如化學(xué)防護(hù)、阻燃類(lèi)、隔熱等為人體提供屏蔽防護(hù)等?？偟膩?lái)說(shuō)，輻射降溫技術(shù)在服裝領(lǐng)域大有可為，對(duì)人類(lèi)應(yīng)對(duì)日益頻發(fā)的極端高溫天氣，實(shí)現(xiàn)綠色、低碳的生活提供了可能性。隨著技術(shù)的進(jìn)步，輻射降溫服裝或?qū)⒊蔀槿藗內(nèi)粘４┲闹髁鳌?/p>

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Research progress on the application of radiation cooling technology in clothing

WANG" Yiruonana，" YAN" Jianinga，" FAN" Meixina，" ZHOU" Guangjiea，" DAI" Hongqina，b

（a.College of Textile and Clothing Engineering; b.National Engineering Laboratory of Modern Silk，

Soochow University， Suzhou 215021， China）

Abstract：

With global warming and frequent abnormal high temperatures， radiation cooling technology， as an environmentally friendly cooling technology， has shown great potential in regulating thermal comfort. The human body in a specific environment can be regarded as an open system composed of human body， clothing and environment， and radiation plays an indispensable role in human heat dissipation. According to Kirchhoff 's law of thermal radiation， radiation heat dissipation can be accelerated by regulating the optical properties of clothing materials and then regulating the heat radiation exchange between the human body and clothing. In the indoor environment， the selection and design of materials enable clothing fabrics to possess high mid-infrared transmission， allowing heat radiation emitted by the human body to dissipate into the environment almost unobstructed through the clothing to the environment. In the outdoor environment， where a single infrared transparent material cannot block the entry of external mid-infrared radiation， the emissivity of the outer surface of the clothing material is regulated to endow the fabric with high mid-infrared emissivity. This allows the fabric to absorb heat and convert it into radiant energy to dissipate heat into the environment.

The regulation of infrared radiation or solar radiation in the concept of radiation cooling technology is combined with personal thermal management technology， and a variety of radiation cooling textile materials are derived to regulate human thermal comfort. High transmission cooling materials are led by membrane composite materials， sub-band response cooling materials， cooling materials with cooling/thermal insulation dual function materials and cooling materials with unidirectional moisture conduction characteristics. In order to obtain mass production textile materials with high radiation cooling ability and ideal wearing comfort， researchers have prepared various fibrous materials with high radiation properties through phase separation， particle doping and other methods around the high transmission and high emission cooling mechanism， such as high-permeability fabrics， outdoor high-emission/high-reflection fabrics and all-weather selective emission/high-reflection fabrics.

The review found that the development of radiation-cooling materials still faces many challenges. At present， most of the developed membrane materials have problems such as poor air permeability， washable repeatability and wearability， so it is difficult for them to be applied in clothing development. The performance evaluation of radiation-cooling materials mainly includes three methods： spectral measurement， thermal measurement comparison and real person evaluation. Most studies are still in the laboratory stage， the testing of cooling characteristics has not been standardized and unified， and the overall application evaluation of clothing is lacking， so further research and improvement is needed. Currently， most of the radiation-cooled fiber material processes are still relatively complex， and it is difficult to achieve high industrialization and rapid preparation. In order to realize the commercialization goal of materials in the field of textile and garment， continuous optimization of material preparation processes should be conducted in the future in terms of improving the cooling efficiency of materials， enhancing wearability， simplifying preparation processes， optimizing overall clothing evaluation methods， and broadening the practical functions of materials.

Keywords：

functional clothing; infrared radiation; radiation cooling; ergonomics; high emission; high transmission