摘" 要:辐射降温作为一种无源输入的降温技术,可实现零能耗、零污染的自发降温,为应对环境变化和调控人体热舒提供了创新的能源解决方案。聚焦于辐射降温技术在服装领域的应用与性能评价,介绍了基于人体热交换模型及Kirchhoff热辐射定律的高透射和高发射降温机制;综述了以膜态复合材料以及纤维态织物为代表的辐射降温材料的材料选择与制备工艺;讨论了光谱分析、织物热测量对比和服装真人试验3种性能评价方式。综述发现,辐射降温技术在服装领域大有可为,未来在提高材料的降温效率、改善服用性能、简化制备工艺、优化服装整体评价方法等方面持续优化材料的制备工艺与评价体系,以及拓宽材料的实用功能如吸湿、抗菌等,将助力推动实现辐射降温服用材料的产业化发展。
关键词:功能性服装;红外辐射;辐射降温;人体工学;高发射;高透射
中图分类号:TS101.3
文献标志码:A
文章编号:1009-265X(2024)12-0123-11
DOI: 10.19398j.att.202404005
收稿日期:20240407
网络出版日期:20240618
基金项目:中国纺织工业联合会科技指导性计划项目(2022034)
作者简介:王燚若男(1999—),女,贵州遵义人,硕士研究生,主要从事辐射降温功能服装方面的研究。
通信作者:戴宏钦,E-mail:daihongqin@suda.edu.cn
工业化的飞速发展加剧了全球变暖,国际能源署2024年报告中指出,全球平均地表温度已经比工业化前水平高出约1.2 ℃[1]。高温会影响人的热舒适性、工作效率和身心健康,极端高温甚至会导致死亡[2]。近年来,在全球重视环保以及国家“双碳”目标背景下,无源输入的辐射降温技术研究兴起[3]。随着纳米光子学和超材料领域拓展,新型光谱选择性辐射制降温材料得到迅速发展,日间辐射降温技术可实现零能耗[4]、零污染[5]自发降温。将这种辐射降温技术应用于服装,发展低碳环保、高效的新型辐射降温服用材料,在未来或将实现可持续无源降温的目标。
为满足特殊工作和户外活动的需要,人们对具备散热调控的功能性服装的需求愈加强烈。辐射降温技术在应对环境温度变化和调控热舒适方面展现出巨大潜力,为人体的散热降温提供了新途径。本文基于人体工学,分析适用于室内和室外环境的人体辐射降温设计策略;总结归纳目前能够应用于服装领域的膜态复合材料和纤维态织物的结构设计、材料选择、制备工艺和性能评价;分析辐射降温材料在服装领域应用的挑战及发展,以期为辐射降温技术在服装上的集成应用研究作出参考。
1" 人体-服装-环境的热交换
特定环境下着装人体可以看成一个人体-服装-环境构成的开放系统,人体一直产生代谢热,并通过服装与环境进行热交换。在炎热环境下,特别需要增强散热以维持人体热平衡。皮肤是人体主要的散热途径[6],机体内部传递到皮肤表面的热能主要通过辐射、传导、对流和蒸发4种方式散热(见图1)。
辐射在人体散热中不可或缺。研究表明,在典型室内环境下,人体裸体的辐射散热量约占机体总热量的60%[7]。在夏季,传统服装材料主要为棉、亚麻等天然纤维,以及聚酯等合成纤维,这些纤维在红外波段的吸收率较高(通常大于0.7),可能会导致人体从环境吸收热量,无法实现有效的辐射散热降温[8]。根据Kirchhoff热辐射定律,通过调控材料的光学特性,进而调控人体和服装之间的热辐射交
换,可以有效加速辐射散热,实现人体降温。根据Tong等[9]的热交换模型(见图2),在室内环境下的
人体辐射散热量取决于服装材料的红外透过率,高红外透过率的服装可加速人体降温:在室外环境下,由于受到太阳辐射直接影响,辐射散热量取决于服装外表面对太阳的反射率和红外发射率,兼备高太阳反射率和高红外发射率的服装可加速人体降温。图2中qrad,s为皮肤热辐射热通量;ρi ,MIR 为面料内表面的热辐射反射率;τc 服装面料的热辐射透射率;qsun为太阳辐射功率密度;ρo为面料外表面的反射率;qrad,i面料内表面的辐射热通量;qrad,o为服装面料表面的热辐射热通量;为皮肤经由空气层往织物传热的传导热通量;qcond,c为服装面料内表面向外表面热传导热通量;q为新陈代谢产热(人体干热散热功率);Δq为净散热量(干热)。
根据能量守恒可以得到热交换公式:
q=(1-ρi)qrad,s+qcond,a-qrad,i(1)
Δq=(qrad,s+qcond,a)-(ρi,MIR·qrad,s+τc·qsun+qrad,i)(2)
根据热交换公式,Δq净散热量(干热)越大表示人体散热越充分,传导散热量qcond,a取决于皮肤温度与服装面料之间的温度差和服装面料的导热率,单向高热导率的材料也可加速传导散热。
2" 人体辐射降温设计策略
2.1" 基本原理
地球表面的辐射过程如图3(a)所示,太阳辐射和从地表发射的红外辐射组成了通常所说的环境辐射。环境辐射与地球大气的相互作用维持了能量平衡,决定了地球表面的温度[10]。从图3(b)可以观
察到,由于大气中的空气分子、云层的反射、吸收或散射作用,0.3~2.5 μm波段的太阳辐射会沿传播路径逐渐衰减。同时,大气层也吸收来自地表的红外辐射,地表的红外辐射通过大气层时也会发生吸收,黑体在300 K (接近地面温度)附近的发射光谱主要集中在中红外波段,由于8~13 μm 波段的透射率较高,该波段即为辐射能的冷量来源,通常将其称为大气窗口[4]。
人体的红外辐射明显(发射率ε约为0.98,近似于黑体),人体皮肤34 ℃时的红外辐射主要分布在7~14 μm波段,与“大气窗口”高度重叠。将辐射制冷技术理念中对人体红外波段的辐射或太阳辐射的调控与个人热管理技术相融合,可实现高效的人体辐射降温。基于热交换模型及Kirchhoff热辐射定律,针对不同环境下的人体冷却(室内和室外),可通过高透射和高发射2种降温机制来实现高效的人体辐射降温。
2.2" 高透射降温
高透射降温机制如图4所示。服装面料具备中红外高透射特性时,人体发出的热辐射可以几乎无障碍地通过服装向环境散热,从而实现人体冷却。人体中红外波段外的振动吸收通常由各种键振动引起,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键振动(低于500 cm-1)[11] 。因此材料选择设计时,排除含有这些化学键振动吸收,即可实现中红外透明。为满足衣物基本的遮蔽保护功能,在材料中引入纳米级结构散射单元覆盖可见光波段(400~700 nm),可形成人眼不透明所需的散射峰。单一红外透明材料无法阻隔外部中红外辐射进入,当室内环境温度较高时,环境热辐射容易通过服装到达皮肤[12],对于室外场景,受太阳辐射
直接影响,也可能导致人体从环境吸收热量,因此不作为室外个人辐射降温设计的最佳选择。
2.3" 高发射降温
高发射降温机制如图5所示,通过调控服装材料的外表面发射率,使服装面料具有中红外高发射特性,能够将热量吸收并转化为辐射能向环境发射,从而实现高效的人体降温。基于红外光谱特征,6.7~16.7 μm的指纹区覆盖了 8~13 μm的大气窗口波段,包括单键C—O、C—N、C—F、C—P、C—S、Si—O,双键CS、SO、PO及C—O、C—N、C—Cl、C—F 等在内的分子键均在指纹区具有强吸收[13]。由于人体皮肤在太阳波段反射率低,可吸收超过60%的太阳辐射能[14]。为避免人体从外界吸热,通过引入低浓度的高折射率(n)纳米颗粒,可获得较大的反射率,如TiO2(n≈2.44)、Al2O3(n≈1.77)、ZnO(n≈2)[15-17] 。通过增强服装材料的红外发射特性,同时增加面料外表面对太阳光的反射,非常适用于室外个人辐射降温设计。
3" 辐射降温技术的研究进展
3.1" 新型节能技术及系统应用
暖通空调(HVAC)系统被广泛应用于空间冷却,化石燃料的过度消耗造成CO2等温室气体的大量排放[18-20],导致了全球变暖,预计到2050年极端高温将成为全球气温常态[21]。开发节能和生态友好的冷却技术对于避免这些问题并实现持续的低碳生活方式至关重要。
从发展历程看,夜间辐射降温从20世纪中叶起已有较多研究。但这些夜间辐射降温材料难以同时满足较高的红外发射率和太阳反射率,因此限制了其在白天的应用。由于太阳辐射能量密度约为辐射制冷能量密度的10倍[22],这给日间辐射制冷带来了挑战。近年来,得益于微纳技术研究的进展,使新型辐射制冷材料如光学薄膜材料[23-24]、超材料及超表面[25-26] 、光子晶体[27-28]等既具有高太阳光谱反射率,又在“大气窗口” 波段具有高发射率的材料,得以实现日间辐射制冷。
近年来,辐射降温已从结构设计、材料选择、制备工艺、集成应用等多个角度被广泛研究[29-30],最新进展表明,其建筑应用前景广阔,其实际应用场景也得到了很大拓展,如建筑节能[34]、提高光伏发电效率[31]、淡水收集等[32]。Zhai等[29]开发了一种低成本的聚合物-玻璃混合超材料(RadiCold超薄膜),如图6(a)所示,RadiCold超薄膜的平均红外发射率大于0.93,太阳反射率约为0.96,能够实现大规模生产应用。Zhao等[33]提出了一种新型的屋顶集成环境辐射空气冷却系统,如图6(b)所示,通过采用RadiCold超薄膜来降低阁楼温度,与瓦屋顶相比,阁楼温度在典型的夏日可以降低15.5~21.0 ℃。目前,辐射制冷屋面已有应用于公共建筑中的案例,如杭州萧山国际机场T4航站楼廊桥,在应用辐射降温技术后,单个廊桥的年空调制冷节能率可达43.7%[34]。
3.2" 新型服用降温材料
辐射降温技术在服装领域的应用更具复杂性和灵活性,在服装上的集成应用除优异的降温性能外,还需一定满足的力学性能和服用性能以确保可穿戴性和耐用性。受惠于交叉学科的兴起, 近年来以膜态复合材料以及纤维态织物为代表的辐射降温材料,由于其具备良好的柔性和透气性,能够用于在室内和室外等不同环境中为人体降温。
3.2.1" 膜态复合材料
在纺织服装领域,为解决辐射降温技术与服用性能之间的兼容和同步问题,研究者通常采用多层复合的方式构建辐射降温材料,使制得的膜材料具有更加优异的服用性能,研究路线如图7所示。
相关研究表明,具有微纳结构的辐射降温膜材料可表现出优异的冷却性能,与人体热管理技术相融合的膜态降温纺织材料主要包括以下几类:
a)高透射降温材料:为了充分利用热辐射进行降温,服装面料应该对中红外辐射透明,这是人体主要发射的光谱范围。基于前人提出的ITVOF织物概念,Hsu等[35]研究出一种有效促进辐射降温的纳米多孔聚乙烯(NanoPE)膜,如图8(a)所示,50~1000 nm的纳米孔隙被嵌入聚乙烯薄膜中,根据米氏散射原理,纳米聚乙烯薄膜可同时满足红外透明可见光不透明,通过微针穿孔、聚多巴胺(PDA)改性处理和与棉织物复合等方法对其进行改进后提高了透气性、舒适性和耐磨性等。李敏等[36]基于静电纺丝技术,结合浸渍法制备了一种PVDF/SiO2新型辐射降温纳米纤维膜,由于PVDF的分子振动和SiO2 微球 Si—O键的固有声子极化共振,使纳米纤维膜具有较高的中红外透射率和太阳反射率。
b)分波段响应降温材料:相较于单一的红外透射膜材料,通过分层设计分波段响应可进一步优化辐射降温性能和服用性能。Song等[37]研究制备了一种工艺简单的三层复合膜PBNT(PE/PVDF/PE)应用于红外发射降温,如图8(b)所示,中间层由于PVDF的分子键振动强烈吸收/发射8~13 μm的红外辐射,其两侧的纳米多孔PE层(23 μm)反射其他波长的辐射,在太阳直接照射下,PBNT使皮肤温度比传统纺织品低7.7~10.8 ℃。此外,通过对内层的亲水改性,有效提高了穿戴舒适性。
c)降温/保温双功能材料:近年来,基于相变材料等的双向温度调节服装走进大众视野,基于红外辐射调控的双功能调温研究也逐渐兴起。Hsu等[38]以NanoPE膜为主体,通过刮涂工艺嵌入了高发射率碳涂层和低发射率金属涂层, 如图8(c)所示,实现了同一纺织品具备保温/降温双功能的技术进步,经验证该双模织物使综合热舒适区扩大了6.5 ℃。杨春利等[39]采用静电纺丝法制备出高红外发射率的聚偏氟乙烯/二氧化硅(PVDF/SiO2)纤维膜,然后将其与低红外发射率的导电织物和高紫外反射率的聚四氟乙烯(PTFE)服装膜进行层压复合,得到了三明治结构的 PTFE-PVDF/SiO2 导电织物,调整其正反面同样可实现制冷和保暖的双重功能。
d)单向导湿特性的降温材料:将吸湿排汗和辐射降温结合起来,对于实现高温环境下的高效散热和提高人体的热湿舒适性具有很大的潜力。Gu等[40]开发了一种单向导湿的辐射降温纺织品BAWCM,如图8(d)所示,低热导率的香蕉树纤维素气凝胶膜(BTCAM)被设计为外层,以减少高温环境下从环境到人体的热传递,由于分子振动同时具有高发射特性。采用静电纺丝的方法在BTCAM上制作一层疏水的ZnO-NPs/TPU纳米纤维作为内层,亲水/疏水结构能够实现汗液的定向输送。经验证,BAWCM织物在阳光直射下比棉织物低9 ℃。
3.2.2" 纤维态织物材料
传统服装面料通常是由天然/化学纤维经纺纱、织造等工序加工而成的纤维态织物,因而具有良好的舒适性能,从本质上讲膜态材料不适用于普通服装,因为其缺乏基本的服用性能。因此,开发具有辐射降温柔性纤维,发展机织/针织的纤维态织物更适用于服装的加工和使用。纤维态织物材料的制备工艺如图9所示[41]。
近年来,为了获得更适配于个人热管理的辐射降温纺织服装材料,研究者们围绕高透射和高发射降温机制,通过相分离、颗粒掺杂等方法设计并制备了各种具有高辐射性能的纤维态织物,其材料、制备方法及工艺详见表1。
纤维态织物材料主要包括以下几类:
a)高透射材料:纳米PE纤维是最具代表性的高透射材料,是从薄膜发展到柔性纤维的先行者。由于高透射的NanoPE薄膜本身的电负性较强[50],而人体皮肤是正电的,在穿着过程中会引起强烈的接触电化,导致极大的不适感,从本质上讲并不适用于普通服装。因此,Peng等[42]通过石蜡油的比例控制在聚乙烯纤维中嵌入纳米级孔隙(20~1000 nm)强烈散射可见光(400~700 nm),红外透明人眼不透明的NanoPE织物在室内环境表现出优良的降温能力,可将人体皮肤温度降低2.3 ℃,还具备良好的舒适性和耐久性。Cai等[43]利用红外区域无明显吸收的无机颜料纳米颗粒实现了在NanoPE纤维上的稳定着色,颜色织物仍能保持80%以上的红外透明,进一步优化了纳米聚乙烯纤维织物的可穿戴性。
b)室外高发射/高反射材料:由于高透射材料不能隔绝外部中红外辐射进入,且室外环境下太阳辐射能量巨大,可能导致人体从外部环境吸收热量,因此人们逐渐开始研究高发射材料和高反射材料来实现更高效的人体降温。受天然蚕茧纤维的辐射降温光学特性启发,Shi等[44]通过湿法纺纱制造了基于再生丝纤维素和聚偏二氟乙烯(PVDF)的仿生物纳米结构纤维,能够提供0.93的太阳反射率和0.91的高发射率,为室外场景的个人辐射降温提供了一种新的可能。Song等[46]利用聚环氧乙烷PEO的高发射特性和水溶性特点,制备了PVDF/PEO纳米多孔纤维,提供90%以上的发射率和太阳反射率,经验证可避免在太阳直接照射下人体过热17.7 ℃,降温性能明显,相较于其他制备工艺,水溶性的PEO极大地简化了制备难度。Zeng等[41]通过颗粒掺杂设计了一种多层元织物,由二氧化钛-聚乳酸(TiO2-PLA)复合微纤维编织而成的织物层与薄聚四氟乙烯(PTFE)层组成,能够提供92%以上的发射率和反射率。实验证明该分层织物与棉织物相比具有较好的降温性能(温度下降4.8 ℃)。Li等[52]通过水蒸气诱导相分离(WVIPS)技术制造出纳米层结构的分层多孔聚偏氟乙烯-共六氟丙烯(PVDF-HFP)纤维状织物,与裸露的模拟皮肤和棉织物相比,其温降分别为19.8 ℃和13.2 ℃。
c)全天候选择性发射/高反射材料:为使辐射降温材料更具环境适应性,使人体辐射散热不受环境影响,Wu等[48]展示了一种聚甲醛(一种主链仅由 C—O—C 键组成的广泛使用的聚合物POM)纳米纺织品的设计,根据米氏散射原理,POM纳米纤维的直径设计接近于0.3~1.0 μm的主要太阳波段使其具有高反射率。由于分子键和官能团的振动吸收,POM织物在8~13 μm的大气窗口内具有75.9%的高选择发射率,在整个4~25 μm的中红外区域,POM织物平均透射率达到48.5%。与典型的透射型、发射型和商用棉织品相比,它的选择性中红外发射和透射特性,使人体散热不受环境(室内和室外)的影响,POM织物人体辐射降温性能明显增强。
与非选择性热发射器相比,选择性热发射器先前已被证明具有卓越的冷却性能[51-52],由于疏水性材料的使用及其厚度的限制,前沿的被动辐射冷却织物缺乏水分管理能力,为进一步提高材料的湿热管理能力和冷却效率,Zhang等[49]将选择性光学冷却和吸液芯蒸发冷却耦合在一起,制备了一种分层元织物,其在8~13 μm内表现出78.13%的高发射率、99.16%的太阳反射率和良好的透湿性,防止了16.6 ℃的过热,其中包括湿度管理的贡献约8.2 ℃。
4" 性能评价
4.1" 材料评价
目前,辐射降温材料的冷却性能评价主要有光谱分析、红外热成像和热测量对比分析3种方式。
光谱分析是一种客观评价方式,主要借助FTIR红外光谱仪直接测量特定波段的反射(γ)和透射率(τ),发射率(ε)根据ε=1-γ-τ计算,或带有漫反射金积分球的紫外-可见-近红外(UV-Vis-NIR)光谱仪测定太阳反射率。如Lin等[53]制备了一种周期性沟槽状超表面结构的辐射制冷薄膜材料(PMRC),通过紫外-可见-近红外光谱仪和傅里叶变换红外光谱仪测量了PMRC薄膜在非偏振光下的反射率和吸收率/发射率,如图10(a)所示,它在大气窗口内可实现4.8%的低太阳吸收率和96.1%的足够高的平均发射率。
红外热成像是一种较为直观的评价方式。Wu等[48]拍摄了基于POM织物(左胸前)的防护服在室内和室外(晴天和阴天)环境下的红外成像,如图10(b)所示,防护服左胸和其余部分的表面温度差达到了近3.0 ℃,表征了POM织物的实际降温效果。
织物热测量对比可通过搭建稳态传热装置,用产生恒定加热功率的加热元件来模拟人体皮肤,用热电偶来直接测量模拟皮肤,较低的皮肤温度意味着有更好的冷却效果,可采用接触和非接触两种模式进行评价。如Wei等[17]搭建了由织物、硅橡胶模拟皮肤和与模拟皮肤上表面接触的带状热接点热电偶组成的冷却性能测试装置,如图10(c)所示,结果表明经过涂覆Al2O3-醋酸纤维素的纺织品可以降低人体皮肤温度 0.6~1.0 ℃。
4.2" 服装评价
对于辐射降温材料所设计制作的服装,其降温性能评价在服装领域仍属于服装热湿舒适评价范畴。服装舒适性的测试包括主观测试和客观测试,通过大规模人体穿着实验的结果更接近于实际,应用性更强。如Ke等[54]设计了一种NanoPE材料制成的普通版女式商务衬,如图10(d)所示。人体穿着实验(18名女性参与者)通过测试其在4种均匀室内条件下的平均皮肤温度、平均上身温度和平均下身温度,以棉质衬衫作为对照组验证了NanoPE衬衫有助于提高室内环境下的热舒适度。
5" 结论与展望
全球气候变暖,异常高温频发,辐射降温作为一种环保无源的降温技术,在应对环境温度变化和调控热舒适方面展现出巨大潜力。本文总结归纳了目前能够应用于服装领域的辐射降温技术的研究进展,并对其材料选择、制备工艺、降温效果及评价方法等进行了分析和评价,得出以下结论:
a)目前已开发的大多数膜态材料存在可穿戴性差、吸湿透气性差、可水洗重复性差等问题,难以服装开发中得到实际应用。因此,在结构设计和材料选择方面需充分考虑服用性能,优化透气透湿、柔软可加工以及对人体皮肤温和不刺激等,以期获得服用性能更加优异的辐射降温材料。
b)当前材料的降温性能评价大多停留于实验室阶段,降温特性测试也未得到规范和统一,未突破服装整体的应用评价,缺乏服装整体性评价方案。基于人体工学,根据服装的使用场景及实际需求,强化辐射降温与人体热湿传递、衣下空气层流动之间的关联性和系统性,提高对辐射降温材料的整体性降温性能评价,对推动辐射降温技术在服装领域的应用具有重要意义。
c)当前大多数辐射降温纤维材料工艺仍较为复杂,成本不可控,难以做到高度产业化的快速制备。为实现辐射降温服用材料在纺织服装领域的商用化目标,未来应在提高材料的降温效率、改善服用性能、简化制备工艺、优化服装整体评价方法以及拓宽材料的实用功能等方面,持续优化材料的制备工艺。
当前辐射降温服用材料的发展仍然面临着许多挑战,由于辐射降温技术固有的低能量密度特性,通常需要大面积铺设材料才能实现显著的降温效果;此外,多云等气候因素使人体吸收更多的大气窗口以外的辐射导致降温效率不够理想,高温气候下辐射降温技术与水分管理难以兼容与同步等。随着人们越来越注重舒适性和功能性,在满足基本穿着需求的前提下,将辐射降温技术与导湿、抗菌、防护等功能相结合,拓宽辐射降温技术在服装领域的应用场景,将成为未来辐射降温技术在服装领域大规模应用的新机遇。如以运动和户外为主的功能性服装如防晒衣、瑜伽健身服、骑行服等以防紫外线、抗菌、吸湿速干为特点,为人体提供舒适健康。除了运动和户外领域,还有许多特殊职业也在使用特殊功能的服装,如化学防护、阻燃类、隔热等为人体提供屏蔽防护等。总的来说,辐射降温技术在服装领域大有可为,对人类应对日益频发的极端高温天气,实现绿色、低碳的生活提供了可能性。随着技术的进步,辐射降温服装或将成为人们日常穿着的主流。
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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