薄至0.3mm,正穿保暖,反穿降温!纳米大神崔屹教授设计的夹克上市了

三年,从实验室到货架,神奇面料!薄至0.3mm,正穿保暖,反穿降温!纳米大神崔屹教授设计的夹克上市了

提起崔屹教授,想必大家都十分熟悉,他是广大从事纳米材料领域研究的同学心中公认的“纳米大神”。同时,崔屹教授身上有着多种交叉的角色,不仅在科研领域十分出色,在育人和创业方面也是风生水起。

学术大牛:Nature/Science及其子刊100+,H因子204

崔屹教授是纳米材料、新能源科学等领域国际知名科学家,斯坦福大学材料科学与工程系终身教授。他的主要研究方向是纳米材料在能源、光伏、拓扑绝缘材料、生物和环境领域的应用,先后在世界顶级期刊发表高水平论文500余篇,Nature/Science及其子刊100+,H因子指数高达204(Google)。

2014年,崔屹教授被汤森路透(Thomson Reuters)评为“全球最具影响力的科学头脑”,在材料科学领域名列第一。作为一名年仅四十余岁的青年教授,崔屹教授已经培养近60余位博士和博士后,在世界范围培养了40多位教授,为学术传播做出了重要贡献。

优秀企业家:左手科研,右手商业,创办数家高科技公司

崔屹教授的另一个标签是企业家。2017年,崔屹教授获得了布拉瓦尼克国家青年科学家奖。布拉瓦尼克国家青年科学家奖是美国最重量级的青年科学家奖项之一,在2007年设立,主旨是表彰在全美顶尖高校及科研机构工作、42岁以下的青年科学家。

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该奖项高度评价了崔屹教授在科研及商业转化上的成就,称:“崔屹是能源和纳米材料科学领域世界领先的研究人员,在纳米材料和可持续能源方面作出重要贡献,他通过利用精确的纳米材料设计实现高效储存和转换能源的目标非常有创造性,并且已在全球范围内产生影响。”

的确,高能量密度的硅负极电池、能过滤99% PM2.5透气性又好的纳米口罩、能透红外线从而快速散热的智能布料……这些我们所熟知的优秀成果,无一不是崔屹通过纳米技术发明的。

崔屹教授说,他不想做“实验室技术”,而是“希望自己的技术能够解决世界性问题”,要让它们实现产业化,成为能被老百姓使用的实用产品。而事实正式如此—-

2008年,崔屹教授创办了第一家公司安普瑞斯(Amprius),目标是致力于将高容量的硅负极锂电池产业化。高能量密度的硅负极电池可应用于电动汽车,充一次电比燃油车开得还远;

2015年,他和诺奖得主、美国前能源部部长朱棣文教授共同创办了4C Air公司,以生产高效雾霾过滤产品为目标。

2017年,他又创建了EEnovate(2020年改名为EEnotech)科技控股公司,基于Stanford的多项突破性和尖端专利,致力于开发用于水净化,网格规模的能量存储以及智能可穿戴纺织品的纳米技术和产品。

三年,从实验成果到货架上的商品

有一个材料领域大家都很关心的问题:一项科研成果从实验室到商业化需要多久的时间?五年?十年?还是几十年?

崔屹教授团队给出的答案是,三年!

是的,仅用三年的时间,便实现了从实验成果变为货架上商品。这速度,不得不令人惊叹!

(一)2017年智能纳米控温布料问世,正穿保暖,反穿降温

2017年,崔屹教授课题组发明了一种神奇的“布料”—人体辐射式加热/制冷双模织物(dual-mode textile for human body radiative heating and cooling,简称双模织物)。

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这种贴身穿着的神奇“布料”不需要任何外界能量输入,只需厚度为几十微米的薄薄一层,就可以调节人体向外辐射热量的多少:正面穿时,可以最大限度减少人体对外的热辐射,实现体表保温;反面穿,最大限度增加人体对外辐射,可以帮助人体散热。简单地说,就是正穿保暖,反穿降温!

(二)神奇“布料”的控温原理:调控衣服的辐射率

这块布料为什么会这么神奇呢?原来人体散热主要包括热传导、对流换热和辐射换热三种形式。其中,人体静止时,有 40%-60% 的散热量是通过向外辐射红外线实现的。当周围的环境温度低于人体温度时,人体便可以把热量以电磁波(主要是红外线)的形式向外辐射。因此,在维持体温的动态平衡中,如果辐射的热量大于体内产热,人就会降温;而如果辐射的热量小于体内的产热,则会升温。

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图1. 人体散热的基本途径。来源DOI: 10.1016/j.joule.2020.02.011

而辐射量的高低,主要取决于“辐射率”。辐射率是一个物体表面的固有属性,辐射率高,辐射出的能量就多;而辐射率低,通过热辐射带走的能量就少。因此,如果可以控制辐射率,让它在需要放热的时候变高,需要降温的时候变低,就可以改变人体对外辐射热量的多少,进而实现衣物帮助人体保温还是散热的调控。

崔屹团队的发明的神奇“布料”,利用的就是辐射率决定辐射量,而辐射量决定体表是升温还是降温的原理。该“布料”总共由三种材纳米料构成:上下两层为对红外波段的热辐射几乎“透明”的纳米聚乙烯基底;在两层纳米聚乙烯中间,夹着一个由辐射率超高的碳薄层,和辐射率超低的铜薄层的双层辐射体。在双模织物的双层辐射体中,碳层的辐射率高达 0.9(辐射率的理论上限为 1),意味当它朝外时,辐射散失的热量会大于体内的产热,从而导致体表温度的下降:而铜层的辐射率则只有 0.3。因此,当这一层朝外时,辐射散失的热量会小于体内的产热,从而起到比常规织物好得多的保温效果。

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图2. 智能控温布料的组成。

(三)技术的优势和实际应用面临的问题

这对于纺织业和服装业来说,可谓是一次具有特殊意义的技术突破!

首先,这是一件不需要消耗额外能源、不需要精密自动化控制,却可以实现“全天候”保持温度舒适任务的衣服。不论是早上的阴冷还是温暖的午后,它都可以提供全时段、全温段的服务,而不用总是“及时增减衣物”。其次,技术廉价,其中用量最大的材料聚乙烯,是日常生活中常见的聚合物材料,成本较低。也许在未来,我们只需要穿着薄薄的一件衣服,就可以完美维持体表的温度和湿度,实现科技与时尚的完美统一。

然而,崔屹团队当时也指出,虽然在概念和技术上可以在同一件衣服上既实现保暖同时也可以降温,但是要想实际应用,遇到的困难还有很多。比如,尚不能对湿度进行调节;染色问题;织物的耐磨、耐洗问题等等。

(四)不到三年,从“科研成果”到“商品货架”

2020年10月,崔屹教授在个人Linkedin主页发文,旗下的EEnotech公司推出第一代限量版保温夹克,该夹克具有超薄(低至0.3 mm)、超轻、防风防雨、两级保暖等特征,目前仅提供1000件。

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那么,这款时尚夹克到底是怎样的呢?下面是公司网页的产品描述:

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(五)微米级厚度,兼具御寒和散热,科技与时尚的完美结合

据了解,这款男女皆宜的双面夹克可以提供出色的保暖性和厚实的针织感,厚度仅为0.5 mm(最薄可达0.3mm),但比常规的轻质夹克保暖40%以上,可在50°F(10°C)的环境中为人们提供舒适感。其中,银色面外穿保暖,冷黑色面外穿降温,采用的正是崔屹教授团队2017年研发的智能控温布料的研究成果,可以实现全天候保持身体舒适。

也就是说,崔屹教授公司推出的这款夹克不仅具有微米级别厚度,而且可以同时御寒和散热、实现了科技与时尚的完美统一。而且,从2017年发现这种神奇的纳米控温布料,到2020年上架销售,中间仅用了三年左右的时间,便迅速地从基础研究跨越到应用!当然,可以想象,这其中经历过无数的技术难题和考验,比如上面提到的染色问题,衣料耐磨耐洗问题等。但显然,这些问题都已经都被一一解决了。

目前,第一代限量版夹克有以下三种款式供大家选择,售价均为199美刀。

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虽然,现在夹克的价格可能稍微有点高,这可能是由于限量版的原因,但是相信量产之后,夹克的价格会更便宜,性价比更高。

试想一下,在10℃寒冷的冬天,身上只穿这么一件薄薄的时尚夹克,该是多么的舒服惬意!

崔屹教授课题组主页:

https://web.stanford.edu/group/cui_group/

EEnotech公司官网:

https://eenovatetech.com/

产品链接:

https://shop.eenotech.com/products/ee-2l-fleece

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