阅读说明：本技术 用于被动辐射式室外个人降温的光谱选择性纺织品 (Spectrally selective textiles for passive radiative outdoor personal cooling ) 是由 崔屹 范汕洄 蔡丽丽 亚历克斯·Y·宋 李炜 徐伯均 于 2019-02-04 设计创作，主要内容包括：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％。(A textile, comprising: (1) a substrate; and (2) a particulate filler dispersed in the matrix. The textile has a transmittance of infrared radiation at a wavelength of 9.5 μm of at least about 40% and a weighted average reflectance of radiation within a wavelength range of 0.3 μm to 2 μm of at least about 40%.)

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

本发明是在能源部授予的合同DE-AR0000533的政府支持下完成的。在本发明中政府享有一定的权利。

背景技术

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9.5 μm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0.3 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10 nm至约4000 nm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9.5 μm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0.3 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10 nm至约4000 nm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9.5 μm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9.5 μm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10 nm至4000 nm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。

具体实施方式

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AM 1.5G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0.4–16 µm、颗粒直径从0.01至10 µm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320 nm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±0.1 µm。太阳光反射在0.4至4 µm的太阳光辐照度光谱范围内平均。中红外透射在4至16 µm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500 nm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16 μm）的反射率和透射率光谱。阴影区域显示AM 1.5G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（Fourier transform infrared，FTIR）发射率。

图8。棉的UV-VIS-NIR反射率和FTIR透射率。

图9。ZnO-PE从紫外到中红外范围（0.3-16 μm）的测量（实线）和模拟（虚线）反射率和透射率光谱的比较。假定以下参数用于模拟以与实验值紧密匹配：平均空气孔直径为200nm，孔隙度为20％，ZnO：PE质量比为2：5，ZnO颗粒直径的正态分布为d = 0.5 μm ± 0.1 μm，薄膜厚度为150 μm。阴影区域显示AM 1.5G太阳光光谱（左）和人体辐射光谱（右）供参考。

图10。测量在阳光和阴影下没有被纺织品覆盖的模拟皮肤加热器的皮肤温度。

图11。穿着衣服的人体在日光下的热传递模型的示意图。

图12。比较从热传递模型分析计算得出的皮肤温度与棉和ZnO-PE覆盖的皮肤的测量值。

图13。ZnO-PE覆盖的皮肤、棉覆盖的皮肤和裸露的皮肤的水蒸发速率。

图14。ZnO-PE层厚度对（a）太阳光反射和（b）中红外透射的影响。随着纳米复合材料层厚度的增加，观察到一个折衷方案，其中约80 μm至约160 μm的厚度对于同时高太阳光反射和中红外透射是最佳的。

图15。用洗涤剂洗涤ZnO-PE纺织品材料并搅拌约30分钟之前和之后，电感耦合等离子体质谱（ICP-MS）测量以量化水中的Zn²⁺浓度。结果表明，在洗涤过程中，痕量的ZnO（约2十亿分之一（ppb））被释放到了水中。由于PE在ZnO颗粒上的紧密包裹，证明了嵌入式结构的良好耐用性。

图16。溶解在氯仿-d中的纺织品样品的¹H核磁共振（NMR）光谱（上图），以检测样品中残留的二氯甲烷。底部曲线来自氯仿-d（用于¹H NMR测量的溶剂）作为空白对照。在约7.26 ppm处的峰值对应于氯仿-d。在约1.56 ppm处的水峰值是由于从大气中吸收了微量的水分。二氯甲烷的峰值位置应在约5.3 ppm处，这在样品曲线中不存在。这些测量结果证实，二氯甲烷非常易挥发，可以通过蒸发大体上完全去除。在空气中干燥约2小时后，没有从纺织品样品中检测到残留的二氯甲烷。

图17。黑色是通过在聚乙烯中添加微米级的硅颗粒来实现的，其在约4至约18 µm的波长范围内也显示出高的红外透明度。（a）示出了黑色的Si-PE复合薄膜。（b）与其他有色的聚乙烯纤维一起示出的黑色Si-PE纤维。（c）Si-PE复合薄膜的红外透射光谱。

图18。（a）辐射式降温纺织品着色的设计示意图，该设计是通过将IR透明的无机颜料纳米颗粒与PE混合而成的。然后可以将混合的复合物挤出为连续纤维，以通过大规模的工业过程编织成交织的纺织品。所选无机颜料粉末的（b）照片和（c）FTIR吸收光谱。（d）普鲁士蓝（PB）、（e）氧化铁（Fe₂O₃）和（f）硅（Si）的纳米颗粒的SEM图像。

图19。颜料纳米颗粒混合的聚乙烯复合薄膜的（a）照片、（b）UV-VIS反射率、（c）FTIR透射率、以及（d）可见不透明度光谱。

图20。（a）通过工业挤出生产的三个有色的聚乙烯纤维线轴的照片。（b）抗张强度（tensile strength）试验表明，有色的聚乙烯纤维具有与棉相当的抗张强度。（c）蓝色PB-PE、（d）红色Fe₂O₃-PE和（e）黄色Si-PE的挤出纤维的光学显微照片。（f–h）光学显微照片示出了编织图案，（i–k）具有良好耐磨性的编织纺织品的照片。

图21。（a）测量有色聚乙烯纺织品的总FTIR透射率。（b）示出了洗涤有色聚乙烯纺织品后水中各金属离子可忽略不计的（ppb水平）浓度增加的图。（c）比较裸露的和纺织品覆盖的皮肤模拟加热器测量的温度。纺织品样品包括棉、PB-PE、Fe₂O₃-PE、Si-PE和纳米多孔聚乙烯（nanoPE）。（d）裸露皮肤和用棉、PB-PE、Fe₂O₃-PE和Si-PE纺织品覆盖的人皮肤的红外图像。

描述

本公开的实施方案针对光谱选择性（spectrally selective）纺织品。在一些实施方案中，为户外穿戴者提供了一种太阳光反射的、红外（IR）透明的、嵌入有颗粒的聚合物纺织品，该纺织品在室外环境中在直射日光下获得了降温性能以维持热舒适性。

人体与室外环境之间的热交换涉及传导、对流、蒸发和辐射。因此，维持室外热舒适性涉及通过减少热量获取并增加热量损失来减少热应激。其他方法主要集中于服装的蒸发和对流热损失以实现室外降温，但是这两种散热路径都有其自身的约束，这些约束在很大程度上取决于湿度和风等级等环境条件。尽管太阳光辐照度和热辐射路径对整体热交换有很大贡献，但它们尚未充分被考虑用于室外纺织品。与普通纺织品不同，IR透明的纺织品反射高百分比的日光，而被人体吸收的IR的吸收率低，从而在无额外能量消耗的情况下同时减少辐射热传递的输入并提高辐射热传递的输出，使得穿戴者在室外环境中感觉更凉爽。另外，聚合物复合材料可以通过挤出形成纤维，并且可以由纤维通过编织形成编织的纺织品，从而提供作为接近皮肤纺织品的舒适性和透气性。因此，该纺织品适合大规模生产。同样地，本公开的实施方案提供了用于室外个人降温的太阳光反射的、IR透明的纺织品，其维持了接近皮肤纺织品的舒适性并且也可以大规模地实现。

一些实施方案的IR透明的纺织品具有由人体发射的IR辐射的低吸收，因此该IR辐射可以被自由地传输到环境中并且导致穿戴者感到更凉爽。同时，纺织品设置有分散在纺织品内的颗粒填料，该颗粒填料用于散射太阳光辐照度光谱，从而在直射日光下提供降温效果。另外，纺织品可以是多孔的，并且纺织品中的孔可以使纺织品透气并且通过传导和对流增加散热。纺织品可以形成为嵌入有颗粒填料的多孔薄膜，或者可以形成为基于纤维的编织结构。可以通过例如挤出和溶剂提取的方法大规模地形成具有孔并且嵌入有颗粒填料的聚合物纤维，并且可以通过例如编织的方法大规模地由此类纤维形成编织纺织品。

一些实施方案的纺织品包括单一聚合物或两种或更多种不同聚合物的混合物。在一些实施方案中，为了赋予IR透明度，可以使用具有低IR辐射吸收的聚合物或聚合物的混合物，例如在约4 μm至约20 μm或约4 μm至约16 μm的中IR范围内低辐射吸收。在这样的实施方案中，合适的聚合物包括聚烯烃，例如聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP）、以及其他热塑性聚烯烃或聚烯烃弹性体。对于PE，合适的分子量范围可以是低密度PE（LDPE）、高密度PE（HDPE）和超高分子量PE（UHMWPE）。PE可以与其他聚合物混合或被其他聚合物至少部分替代，所述其他聚合物例如是PP、聚氯乙烯（PVC）、维尼纶（vinylon）、聚丙烯腈（PAN）、聚酰胺（例如尼龙）、聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）、聚酯、聚氟乙烯（PVF）、共聚物、其他热塑性聚合物、天然聚合物等。代替聚烯烃或与其组合的可以被使用的其他聚合物具有低IR辐射吸收，例如基本上不含一个或多个以下官能团的聚合物：C-O、C‒N、芳香族C‒H、以及S=O，以及例如一个或多个这些官能团的含量不大于约1 mmol/g、不大于约0.1 mmole/g、不大于约0.01 mmole/g、不大于约0.001 mmole/g、或者不大于约0.0001 mmole/g的聚合物。在一些实施方案中，合适的聚合物的在9.5 μm的波长处的IR辐射的透射率为至少约30％、至少约40％、至少约50％、至少约60％、至少约70％、或至少约80％、以及高达约90％、高达约95％、高达约98％、或以上。在一些实施方案中，合适的聚合物的在7-14 μm的波长范围内的IR辐射的加权平均透射率为至少约30％、至少约40％、至少约50％、至少约60％、至少约70％、或至少约80％、以及高达约90％、高达约95％、或以上。在纺织品形成过程中，可以包括一种或多种添加剂，例如抗氧化剂、抗微生物剂、着色剂或染料、吸水剂（例如棉）、金属、木材、丝绸、羊毛等。可以将一种或多种添加剂分散在被包含在纺织品中的聚合物或聚合物的混合物中。

一些实施方案的纺织品还包括分散在聚合物或聚合物的混合物中的颗粒填料。颗粒填料提供了相对于纺织品中包含的聚合物或聚合物混合物的折射率的对比，以选择性地散射所需光谱中的光，尤其是强烈散射所需光谱中的光，但在中IR范围内散射很小。在一些实施方案中，颗粒填料具有一定尺寸并具有材料成分，以选择性地散射在约300 nm至约4 μm范围内的太阳光辐照度光谱中的光，包括约400 nm至约700 nm可见光范围内的辐射和700nm至约4 μm的近IR范围内的辐射，从而在直射日光下提供降温效果。在其他实施方案中，颗粒填料具有一定尺寸并具有材料成分，以选择性地散射可见范围内的某些波长或颜色，从而提供着色效果。例如，颗粒填料（以及包括这种填料的纺织品）可以在对应于特定颜色的可见范围内的特定波长处（例如，约450 nm）具有反射率的峰值，从而产生该特定颜色（例如，蓝色）的视觉呈现，或者可以在对应于另一特定颜色的可见范围内的另一特定波长处（例如，约600 nm）具有反射率的峰值，从而产生该另一特定颜色（例如，黄色）的视觉呈现，或者可以在对应于另一特定颜色的可见范围内的另一特定波长处（例如，约750 nm）具有反射率的峰值，从而产生该另一特定颜色（例如，红色）的视觉呈现，等等。

在一些实施方案中，相对于纺织品中包括的聚合物或聚合物的混合物的折射率（例如，对于在589 nm处测量的可见光），颗粒填料与聚合物或聚合物的混合物之间的折射率的相对差异为至少约±1%，例如，至少约±5％、至少约±8％、至少约±10％、至少约±15％、至少约±20％、至少约±25％、至少约±30％、至少约±35％、至少约±40％、至少约±45％或至少约±50％。在一些实施方案中，相对于纺织品中包括的聚合物或聚合物的混合物的折射率（例如，对于在589 nm处测量的可见光），颗粒填料与聚合物或聚合物的混合物之间的折射率的绝对差异为至少约±0.01，例如，例如至少约±0.05、至少约±0.1、至少约±0.15、至少约±0.2、至少约±0.25、至少约±0.3、至少约±0.35、至少约±0.4、至少约±0.45、至少约±0.5或至少约±0.55。颗粒填料的折射率可以高于或低于纺织品中包括的聚合物或聚合物的混合物的折射率。

填料的合适材料的实施例包括对约300 nm至约20 μm的范围的辐射（包括可见光范围内的辐射、近IR范围内的辐射以及中IR范围内的辐射）具有低吸收的的无机材料，例如，准金属（例如硅）、金属氧化物（例如氧化锌和氧化铁）、金属卤化物（例如溴化钾、碘化铯、氯化钾和氯化钠）、金属硫化物（例如硫化锌）、金属氰化物（例如普鲁士蓝）等等。在一些实施方案中，填料的合适材料的在9.5 μm的波长处的IR辐射的透射率为至少约30％、至少约40％、至少约50％、至少约60％、至少约70％、或至少约80％、并且高达约90％、高达约95％、高达约98％、或者以上。在一些实施方案中，填料的合适材料的在7-14 μm的波长下的IR辐射的加权平均透射率为至少约30％、至少约40％、至少约50％、至少约60％、至少约70％、或至少约80％、并且高达约90％、高达约95％、或者以上。填料的尺寸被设置成主要散射可见光范围和近IR范围内的辐射而不是中IR范围内的辐射。例如，填料可以是纳米尺寸的（例如，作为纳米颗粒），从而与可见光的波长是可比的并且低于中IR辐射的波长。在一些实施方案中，填料的平均或峰值颗粒尺寸在约10 nm至约4000 nm、约1000 nm至约4000 nm、约100 nm至约1000 nm、约100 nm至约900 nm、约100 nm至约800 nm、约100 nm至约700 nm、约100 nm至约600 nm、约100至约500 nm、约100 nm至约400 nm、约100 nm至约300 nm、约500 nm和约1000 nm、约200 nm和约900 nm、约300 nm和约800 nm、约400 nm和约700 nm、或约400 nm和约600 nm的范围内，但是也可以考虑更大或更小的填料。在一些实施方案中，可以控制颗粒尺寸的分布以赋予散射辐射的期望波长。例如，填料的尺寸可以相对均匀，例如其中颗粒尺寸的标准偏差不大于平均颗粒尺寸的约50％、不大于约45％、不大于约40％、不大于约35％、不大于约30％、不大于约25％或不大于约20％。在一些实施方案中，纺织品内的填料的数密度为至少约0.1 μm^-3、至少约0.5 μm^-3、至少约1 μm^-3、至少约2 μm^-3、至少约4µm^-3、或至少约6 µm^-3、以及高达约8 µm^-3或更大。填料可以是规则的或不规则的形状，并且可以具有约3或更小或大于约3的纵横比。

一些实施方案的纺织品是多孔的。纺织品的孔的尺寸可以被设置来与填料一起有助于选择性散射期望光谱中的光。例如，孔可以是纳米尺寸的（例如，作为纳米孔），从而与可见光的波长是可比的并且低于中IR辐射的波长。在一些实施方案中，孔的平均或峰值孔尺寸在约10 nm至约4000 nm、约1000 nm至约4000 nm、约100 nm至约1000 nm、约100 nm至约900 nm、约100 nm至约800 nm、约100 nm至约700 nm、约100 nm至约600 nm、约100至约500 nm、约100 nm至约400 nm、约100 nm至约300 nm、约500 nm和约1000 nm、约200 nm和约900 nm、约300 nm和约800 nm、约400 nm和约700 nm、或约400 nm和约600 nm的范围内，但是也可以考虑更大或更小的孔。在一些实施方案中，可以控制孔尺寸的分布以赋予散射辐射的期望波长。例如，孔的尺寸可以相对均匀，例如其中孔尺寸的标准偏差不大于平均孔尺寸的约50％、不大于约45％、不大于约40％、不大于约35％、不大于约30％、不大于约25％或不大于约20％。孔尺寸可以使用例如Barret-Joyner-Halenda模型确定。在一些实施方案中，纺织品内的孔的体积百分比为至少约1％、至少约5％、至少约10％、至少约15％、或至少约20％、以及高达约30％或更多。在一些实施方案中，至少一些孔可以相互连接以增加透气性并增加通过相互连接的孔的传导和对流散热。孔可以是规则的或不规则的形状，并且可以具有约3或更小或大于约3的纵横比。

一些实施方案的纺织品可以形成为多孔薄膜100，其包括具有孔104的聚合物或聚合物的混合物的基质102和嵌入的颗粒填料106（参见图1（a）），或者可以形成无孔薄膜110，其包括聚合物或聚合物的混合物的基质112和嵌入的颗粒填料116（参见图1（b））。另外的实施方案的纺织品可以形成为基于纤维的编织纺织品200（参见图2（a））。在编织纺织品200的情况下，包括在纺织品200中的多孔聚合物纤维202包括具有孔206的细长构件204，以及分散在该细长构件204内的颗粒填料208。替代地或结合地，包括在纺织品200中的无孔聚合物纤维212包括没有孔的细长构件214，以及分散在该细长构件214内的颗粒填料218。通常，聚合物纤维可以具有圆形截面形状，以及各种其他规则的或不规则的截面形状，例如多叶片的、八边形的、椭圆形的、五边形的、矩形的、方形的、梯形的、三角形的、楔形的等等。可以对纤维的表面进行化学或物理修饰以赋予其他的性质，例如亲水性、抗微生物性能、着色、纹理等等。例如，可以在纤维的表面上施加涂层以赋予亲水性，例如亲水剂的涂层。在一些实施方案中，聚合物纤维包括多个（例如，两个或更多个）细长构件，该细长构件被连接或以其他方式组合以形成纤维的整体。细长构件中的至少一个包括分散在其中的颗粒填料，并且细长构件可以包括相同的聚合物（或相同的聚合物混合物）或不同的聚合物（或不同的聚合物混合物）。细长构件可以被布置成多种构型。例如，细长构件可以被布置为芯鞘型（core-sheath）构型、海岛型（island-in-sea）构型、矩阵或棋盘构型、分段饼型（segmented-pie）构型、并排式（side-by-side）构型、条纹（striped）构型、等等。聚合物纤维的其他实施方案可以实现为具有中空结构（hollow structure）、块结构（block structure）、接枝结构（grafted structure）等。

在一些实施方案中，通过挤出和溶剂提取的方法形成纺织品。特别地，可以将聚合物或聚合物的混合物与颗粒填料在例如石蜡油的溶剂中结合以形成混合物。可以选择混合物中溶剂的体积百分比，以在溶剂提取后在所得纺织品中获得所需体积百分比的孔，例如至少约1％、至少约5％、至少约10％、至少约15％或至少约20％、以及直到约30％或更多。代替石蜡油或与石蜡油组合，可以使用其他合适的液体溶剂或固体，例如固体蜡、矿物油等。而且，混合物中可以包括一种或多种添加剂，例如吸水剂、着色剂等。然后混合物可以通过挤出装置挤出以形成包括分散在其中的溶剂的薄膜或聚合物纤维，并提取溶剂以留下纳米孔。溶剂的提取可以通过浸入提取剂（例如二氯甲烷）的化学浴中来进行，但是可以考虑其他提取方式，例如蒸发。一旦形成，则一些实施方案的聚合物纤维可以经历各种过程来形成作为单独的纤维或作为包括在多纤维纱线中的编织的纺织品。实施例包括编织、针织、毡合、编制、编结等。在一些实施方案中，将包含不同颗粒填料以产生不同颜色的聚合物纤维以特定比例组合或混合以形成具有所需颜色的编织纺织品。

一些实施方案的纺织品可以表现出多种益处。在一些实施方案中，纺织品的在9.5μm的波长处的IR辐射的透射率为至少约30％、至少约40％、至少约50％、至少约60％、至少约70％、或至少约80％、以及高达约90％、高达约95％、高达约98％、或以上。在一些实施方案中，纺织品的在7-14 μm的波长范围内的IR辐射的加权平均透射率为至少约30％、至少约40％、至少约50％、至少约60％、至少约70％、或至少约80％、以及高达约90％、高达约95％、或以上。在一些实施方案中，纺织品的在0.3-2 μm的波长范围内的辐射的加权平均反射率为至少约30％、至少约40％、至少约50％、至少约60％、至少约70％、或至少约80％、以及高达约90％、高达约95％、高达约98％、或以上。

一些实施方案的纺织品可以作为单层布中的单层或多层布的多层（例如，两层或更多层）并入到布中。在多层布的情况下，纺织品可以被层压或以其他方式与一个或多个另外的层组合，例如一个或多个其他纺织品材料（例如，棉或聚酯）的层。所得的布可以被用于各种服装制品（例如服装和鞋类）、以及其他产品（例如医疗产品）。

实施例

以下实施例描述了本公开的一些实施方案的特定方面，来为本领域的普通技术人员进行说明并提供描述。所述实施例不应被解释为限制本公开，因为所述实施例仅提供可用于理解和实践本公开的一些实施方案的特定方法。

实施例1

用于被动辐射式室外个人降温的使用无机-有机基质的光谱选择性纺织品

概述：

在此，此实施例展示了使用无机-有机复合基质的辐射式户外降温纺织品。通过反射超过约90％的太阳光辐照度并选择性地传输出人体热辐射，这种纺织品可以使模拟皮肤加热器的产热率（约104 W/m²）与人体的相当，从而避免了在日照峰值条件下与普通纺织品（如棉花）相比过热约5至13℃。由于其出色的被动降温能力以及与大规模生产的兼容性，这种辐射式户外降温纺织品有望在许多方面广泛地使社会受益。

结果与讨论：

户外空间是日常生活中不可避免的一部分，其可容纳各种必不可少的体育活动。例如，人们早已认识到户外休闲活动对于维持个人的身体健康和心理健康至关重要。此外，许多对社会经济有重大贡献的职业涉及大量的户外劳动，例如农业、园林绿化、采矿、建筑、运输等。但是，进行户外活动时经常遇到的一种风险是暴露于过度的热应激之下。当人体无法有效消除热应激时，就会发生过高热，并导致危及生命的中暑、热衰竭和热性痉挛的临床综合征。据报道，热应激是美国自然灾害致死的主要原因。热导致的生理和心理影响还导致工业劳动生产率和供应减少，这最终影响了整体经济和社会福利，特别是在发展中国家中。在全球变暖的背景下，室外热应激对日常生活以及职业、体育和军事部门的健康和经济威胁将变得更加强烈和频繁。最近的分析估计，到2030年，由热引起的问题的年成本将达到约2.4万亿美元。

因此，在许多方面都需要室外降温，但是由于其开放性，仍然是一个很大的挑战。与可轻易实施空调的室内空间不同，使用能源密集型的供暖、通风和空调（HVAC）系统给室外环境中的巨大开放空间降温是不切实际且不经济的。在这种情况下，理想的解决方案是通过服装给人体局部降温。目前，用于户外服装的降温技术涉及吸湿排汗，其通过将汗水从皮肤拉到织物外表面来促进新陈代谢热的去除，因此，汗水比被困在皮肤和织物之间时更容易蒸发到空气中。但是，该技术依赖于出汗，这涉及脱水的潜在风险，可能导致身心恶化甚至死亡。此外，当周围空气的湿度足够高来抑制汗液蒸发时，其作用会受到严重限制。用于使服装降温的其他技术包括结合相变材料以及冷空气或液体的循环。然而，这些技术具有一些缺点，阻碍了它们在市场上的广泛采用，例如由于包含笨重的包装或管而导致活动性降低和不适感，以及由于随时间推移或电力消耗而进行补充而导致的高成本。

辐射式降温纺织品被认为是一种有吸引力的策略，因为它利用了人体固有的发射热辐射的能力，而不会包含任何能量输入。对于室内环境，已证明红外（IR）透明纺织品可以被动地提供大量的个人降温。然而，由于来自太阳光辐照度的大量外部热（约1000 W/m²）和明显的体内产热（约100 W/m²），直射日光下的户外辐射式降温纺织品会面临更大的挑战。

在此，此实施例展示了户外辐射式降温纺织品的改进概念，该纺织品具有超过约90％的太阳光辐照度反射率和对人体热辐射的高透过率。通过将氧化锌（ZnO）纳米颗粒嵌入纳米多孔聚乙烯（ZnO-PE）中，材料性能和结构光子工程的结合被用于开发具有选择性光谱响应的纺织品。实验证明，ZnO-PE可以使模拟皮肤加热器的产热率与人体皮肤相当，约为104 W/m²，从而避免过热超过约10℃，与峰值太阳光辐照度超过约900 W/m²的在典型室外环境下的普通的纺织品（如棉）相比，相当于超过约200 W/m²的降温功率。此外，当汗水蒸发起作用时，与棉相比，辐射降温纺织品仍然可以避免模拟皮肤加热器过热约8℃。这些结果证明了用于被动室外降温的选择性地调整纺织品辐射性能的卓越能力。这种改良的纺织品可以改善室外的热舒适性，吸引更多人参与户外活动。

人体与室外环境之间的热交换如图3a所示。人体的总热应激可被规定为：

其中