用于被动辐射式室外个人降温的光谱选择性纺织品制造技术

一种纺织品，其包括：（1）基质；以及（2）分散在所述基质中的颗粒填料。所述纺织品的在9.5μm的波长处的红外辐射的透射率为至少约40％，并且所述纺织品的在0.3μm至2μm的波长范围内的辐射的加权平均反射率为至少约40％。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于被动辐射式室外个人降温的光谱选择性纺织品相关申请的交叉引用本申请要求2018年2月5日提交的美国临时申请62/626,532号的利益，其全部内容通过引用方式并入本文。关于联邦政府资助的研究或开发的声明本专利技术是在能源部授予的合同DE-AR0000533的政府支持下完成的。在本专利技术中政府享有一定的权利。
技术介绍
室外热应激对公共健康构成了严重威胁，并限制了工业劳动力供应和生产力，从而对社会的健康和经济产生不利影响。然而，缺乏一种可以提供局部的室外人体降温而不受湿度和风等级约束的有效且经济的方法。在此背景下，需要开发本公开的实施方案。概述在一些实施方案中，纺织品（textile）包括：（1）基质；以及（2）分散在基质中的颗粒填料。纺织品的在9.5μm的波长处的红外辐射的透射率（transmittance）为至少约40％，并且纺织品的在0.3μm至2μm的波长范围内的辐射的加权平均反射率为至少约40％。在纺织品的一些实施方案中，基质包括至少一种聚烯烃。在纺织品的一些实施方案中，基质包括聚乙烯或聚丙烯中的至少一种。在纺织品的一些实施方案中，颗粒填料的峰值颗粒尺寸在约10nm至约4000nm的范围内。在纺织品的一些实施方案中，颗粒填料包括无机材料。在纺织品的一些实施方案中，颗粒填料包括金属氧化物、金属卤化物或金属硫化物中的至少一种。在纺织品的一些实施方案中，颗粒填料包括氧化锌、溴化钾、碘化铯、氯化钾、氯化钠或硫化锌中的至少一种。在纺织品的一些实施方案中，相对于基质的折射率，颗粒填料与基质之间折射率的差异为至少约±5％。在纺织品的一些实施方案中，在9.5μm的波长处红外辐射的透射率为至少约60％。在纺织品的一些实施方案中，在0.3μm至2μm的波长范围内的辐射的加权平均反射率为至少约60％。在纺织品的一些实施方案中，基质是多孔的。在纺织品的一些实施方案中，基质内的孔的体积百分比为至少约5％。在纺织品的一些实施方案中，基质内的孔的峰值孔尺寸在约10nm至约4000nm的范围内。在纺织品的一些实施方案中，纺织品包括纤维，该纤维包括基质和分散在基质内的颗粒填料。在纺织品的一些实施方案中，纺织品包括薄膜，该薄膜包括基质和分散在基质内的颗粒填料。在另外的实施方案中，纺织品包括：（1）基质；（2）分散在基质中的颗粒填料。纺织品的在9.5μm的波长处的红外辐射的透射率为至少约40％，并且纺织品在对应于特定颜色的可见范围内的波长处具有反射率的峰值。在纺织品的一些实施方案中，颗粒状填料包括准金属（metalloid）、金属氧化物或金属氰化物中的至少一种。在另外的实施方案中，一种调节人体温度的方法，其包括将前述实施方案中任一个的纺织品放置在人体附近。在进一步的实施方案中，形成多孔纺织品的方法包括：（1）形成溶剂、至少一种聚合物和颗粒填料的混合物，其中所述颗粒填料包括无机材料，所述无机材料的在9.5μm的波长处的红外辐射的透射率为至少约40％，并且所述颗粒填料的峰值颗粒尺寸在10nm至4000nm的范围内；（2）挤出混合物以形成包括溶剂和分散在纺织品内的颗粒填料的纺织品；以及（3）从纺织品中提取溶剂以形成多孔纺织品。在方法的一些实施方案中，至少一种聚合物包括聚烯烃。在方法的一些实施方案中，颗粒填料包括氧化锌、溴化钾、碘化铯、氯化钾、氯化钠或硫化锌中的至少一种。还可以预期本公开的其他方面和实施方案。前述概述和以下详细描述并不旨在将本公开限制于任何特定实施方案，而仅旨在描述本公开的一些实施方案。附图说明为了更好地理解本公开的一些实施方案的性质和目的，应当参考结合附图进行的以下详细描述。图1（a）。一些实施方案的多孔薄膜的示意图。图1（b）。一些实施方案的无孔薄膜的示意图。图2。一些实施方案的（a）编织的纺织品、（b）多孔聚合物纤维和（c）无孔聚合物纤维的示意图。图3。（a）说明在室外环境中日光下人体的热输入和输出路径的示意图。（b）嵌入有氧化锌（ZnO）纳米颗粒的纳米多孔聚乙烯（PE）纺织品的示意图，该纺织品设计用于通过反射日光并透射人体热辐射来进行辐射性室外降温。（c）在皮肤温度大约为34℃时使用普朗克定律模拟的AM1.5G太阳光辐射和人体热辐射的光谱比较，显示它们在波长范围内有边际（marginal）重叠。图4。（a）在聚乙烯介质中，波长范围为0.4–16µm、颗粒直径从0.01至10µm变化的单个ZnO颗粒的标准化散射截面模拟。（b）在聚乙烯介质中，具有320nm的相同直径的ZnO颗粒和气孔之间的标准化散射截面的比较。嵌入纳米多孔聚乙烯的多个ZnO颗粒的（c）太阳光反射和（d）中红外透射对ZnO颗粒的尺寸和密度的依赖性。对于（c）和（d）中的每个数据点，散射截面以颗粒尺寸的正态分布进行平均，方差为±0.1µm。太阳光反射在0.4至4µm的太阳光辐照度光谱范围内平均。中红外透射在4至16µm的人体热辐射波长范围内平均。（e）在密度与尺寸平面上投影（c）和（d）中的三维图。白色部分呈现了ZnO颗粒的最佳密度和尺寸，在其中可以实现高太阳光反射和高中红外透射。图5。（a）日光下ZnO-PE纺织品的图像。（b）ZnO-PE样品的X射线计算机断层扫描图像的侧视图和顶视图，显示ZnO颗粒大体上均匀分布。插图是使用动态光散射测量的ZnO颗粒直径的分布图，其在约500nm处达到峰值。（c）通过熔融挤出（melt-extrusion）制成的一卷ZnO-PE纤维的图像。扫描电子显微镜（SEM）图像显示ZnO-PE薄膜样品的（d）上表面和（e）截面。（f）高放大率SEM图像显示单个ZnO颗粒的形态。（g）通过积分球（integratingspheres）测量的ZnO-PE在紫外至中红外范围（约0.3至约16μm）的反射率和透射率光谱。阴影区域显示AM1.5G太阳光光谱（左）和人体辐射光谱（右）用于参考。图6。（a）在室外测试环境中热测量装置的图像。（b）热测量装置的示意图，该热测量装置包括模拟皮肤的加热器、测量模拟皮肤温度的热电偶和覆盖模拟皮肤的纺织品样品。（c）在一个晴朗的春日里，在加利福尼亚州斯坦福市，在约四个小时的时间里，比较在风对流下用ZnO-PE覆盖、棉覆盖和裸露的模拟皮肤加热器测量的温度。测量环境温度和太阳光辐照度并作图以供参考。（d）根据（c）中的测量结果，计算出用ZnO-PE覆盖、棉覆盖和裸露的模拟皮肤加热器维持正常皮肤温度约34℃的额外降温功率需求。（e）比较在风对流和汗水蒸发下用ZnO-PE覆盖、棉覆盖和裸露的模拟皮肤加热器测量的温度。（f）比较ZnO-PE覆盖、棉覆盖和裸露的模拟皮肤加热器在（d）中在13:00的降温功率需求和汗水蒸发提供的降温功率，降温功率估计为通过纺织品的水蒸发速率（图12）与水的蒸发热的乘积。图7。人体皮肤的紫外-可见-近红外（UV-VIS-NIR）反射率和傅立叶变换红外（F本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种纺织品，其包含：/n基质；以及/n颗粒填料，其分散在所述基质中，/n其中所述纺织品的在9.5 μm的波长处的红外辐射的透射率为至少40％，并且/n其中所述纺织品的在0.3 μm至2 μm的波长范围内的辐射的加权平均反射率为至少40％。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20180205 US 62/626,5321.一种纺织品，其包含：
基质；以及
颗粒填料，其分散在所述基质中，
其中所述纺织品的在9.5μm的波长处的红外辐射的透射率为至少40％，并且
其中所述纺织品的在0.3μm至2μm的波长范围内的辐射的加权平均反射率为至少40％。


2.根据权利要求1所述的纺织品，其中所述基质包括至少一种聚烯烃。


3.根据权利要求2所述的纺织品，其中所述基质包括聚乙烯或聚丙烯中的至少一种。


4.根据权利要求1所述的纺织品，其中所述颗粒填料的峰值颗粒尺寸在10nm至4000nm的范围内。


5.根据权利要求1所述的纺织品，其中所述颗粒填料包括无机材料。


6.根据权利要求5所述的纺织品，其中所述颗粒填料包括金属氧化物、金属卤化物或金属硫化物中的至少一种。


7.根据权利要求5所述的纺织品，其中所述颗粒填料包括氧化锌、溴化钾、碘化铯、氯化钾、氯化钠或硫化锌中的至少一种。


8.根据权利要求1所述的纺织品，其中所述颗粒填料与所述基质之间折射率的差异为相对于所述基质的折射率至少±5％。


9.根据权利要求1所述的纺织品，其中在9.5μm的波长处红外辐射的透射率为至少60％。


10.根据权利要求1所述的纺织品，其中在0.3μm至2μm的波长范围内的辐射的加权平均反射率为至少60％。


11.根据权利要求1所述的纺织品，其中所述基质是多孔的。


12.根据权利要求11所述的纺织品，其中所述基质内的孔的体积...

【专利技术属性】
技术研发人员：崔屹，范汕洄，蔡丽丽，亚历克斯·Y·宋，李炜，徐伯均，
申请(专利权)人：小利兰·斯坦福大学托管委员会，
类型：发明
国别省市：美国;US