近日,在一年一度的美國先進(jìn)能源研究計(jì)劃署(ARPA-E)成果展示大會上,科研團(tuán)隊(duì)Otherlab展示了一款可隨溫度變化而自動伸縮的控溫材料,并聲稱可在明年年底內(nèi)實(shí)現(xiàn)批量生產(chǎn)。
這個(gè)科研團(tuán)隊(duì)認(rèn)為:“這種能根據(jù)溫度改變隔熱性的衣物,能夠在一個(gè)更大的溫度變化范圍內(nèi)讓人們保持舒適感。在辦公樓、學(xué)?;蚬S,如果每個(gè)人都能擁有這種衣服,就能夠減少對供熱或功能的需求,并且能有效降低能源消耗。通過提供2℃的溫控范圍,室內(nèi)能耗和室外排放都能夠減少2%。”
美國先進(jìn)能源研究計(jì)劃署隸屬于美國能源部,由奧巴馬政府在2009年成立。據(jù)《麻省理工科技評論》介紹,ARPA-E的新能源項(xiàng)目資金來源于美國復(fù)蘇與投資法案,該項(xiàng)目以國防高級研究計(jì)劃局(DARPA)為模板,旨在協(xié)助研發(fā)那些投資者或其他政府機(jī)構(gòu)可能引入市場的高風(fēng)險(xiǎn)能源技術(shù)。
自去年開始,美國先進(jìn)能源研究計(jì)劃署就致力于推動個(gè)人熱量調(diào)節(jié)項(xiàng)目的研究,其主要觀點(diǎn)是:在整體建筑物內(nèi)控溫(例如開空調(diào))是極大的資源浪費(fèi),未來可以通過對個(gè)體(或個(gè)體周圍的小空間)調(diào)節(jié)溫度,來節(jié)約大量的能源。
控制個(gè)體體感溫度最常用和有效的手段,是根據(jù)溫度變化增減衣物,這幾乎不浪費(fèi)任何能量,因?yàn)轶w感溫度直接取決于個(gè)人通過控制衣物數(shù)量而讓身體熱能與環(huán)境的接觸度——如果太熱,就穿一件T恤,如果太冷,就增加一件外套。
常規(guī)方式的唯一不便是,我們需要隨著溫度變化增加衣服,這就要我們準(zhǔn)備很多不同的衣服,而且記得隨氣溫變化更換。
據(jù)此理論起點(diǎn),Otherlab的一個(gè)小團(tuán)隊(duì)就利用ARPA-E的資金支持,研發(fā)了一款被他們稱為“熱適應(yīng)材料”(“thermally adaptive materials”)的織物。
Otherlab團(tuán)隊(duì)研發(fā)的“熱適應(yīng)材料”單層照片
它由于根據(jù)溫度而產(chǎn)生動態(tài)隔離變化,因此被稱為自動變化材料(self-poofing fabric)。如果太熱,這個(gè)材料就會自動伸展,減小隔熱性;當(dāng)溫度過低時(shí),這個(gè)材料就會通過膨脹(向內(nèi)填充空氣)來提升隔熱性。
“熱適應(yīng)材料”隨著溫度變化改變厚度
這種材料從扁平到膨脹可能只要1分鐘左右,下一分鐘又能馬上變回去,這種變化速度對個(gè)人穿著控溫來說已經(jīng)足夠。
在收縮至最扁平的狀態(tài)下,這種材料的穿著感相當(dāng)于一件厚T恤;而膨脹到最松軟的狀態(tài)時(shí),就相當(dāng)于一件超厚戶外外衣——其隔熱能力可以增加到最薄時(shí)的3倍,可以適應(yīng)15℃的溫差變化。
材料在不同溫度下的厚薄變化
這種材料節(jié)能特質(zhì)最好的體現(xiàn)就是,它完全靠溫度驅(qū)動自動改變厚度,不需要電源、接線和控制單元,僅僅是普通合成纖維的集合體,但每根合成纖維都有不同的熱膨脹特性。研究者將兩種不同的熱反應(yīng)材料編織起來,利用了它們在不同的溫度下不同的擴(kuò)展能力。
項(xiàng)目負(fù)責(zé)人Brent Ridley表示:“當(dāng)溫度變化時(shí),這兩種材料的長度變化將會不同,其中一種纖維伸展速度快于另一種纖維,這將會在整體紡織結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生一個(gè)彎曲空間,使其變成一個(gè)能夠容納空氣的有開口的波浪形織物材料,從而讓厚度變化。”
磨損、洗滌、擠壓都不會使材料的特性消失,因?yàn)椴牧媳旧頉]有利用到機(jī)械、電子或化學(xué)物。
“熱適應(yīng)材料”可能在明年年底前進(jìn)行量產(chǎn)
Ridley稱,他和Otherlab的聯(lián)合創(chuàng)始人Saul Griffith自從研究生時(shí)期就開始朝這個(gè)方向探索了,這個(gè)想法經(jīng)歷了很多年,雖然這個(gè)項(xiàng)目真正投入研發(fā)不過18個(gè)月。他們認(rèn)為這將解決未來的體感溫控問題。
Ridley說,他們的技術(shù)可以使通勤、徒步或者旅行變得更加舒適。研究者的目標(biāo)就是減少人們對笨重衣物的需求,讓舒適感無處不在。
Otherlab的研究成果已經(jīng)走出實(shí)驗(yàn)室并被制成了商品材料,而且在制造過程中,制造商發(fā)現(xiàn)它還可以被用來生產(chǎn)其他織物。Ridley表示,在明年年底內(nèi),他們的研究成果將有可能被批量生產(chǎn)為成衣。