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【导语】随着全球极端高温事件的频发，户外工作者及活动人群面临严峻的热威胁。传统降温方法如泼水降温虽有效，但持续时间短且不适感明显。中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所的研究团队，联合香港中文大学专家，基于水蒸发降温原理，创新研发出一种可穿戴水凝胶材料。该材料轻质、干爽、强韧，能在极端高温下实现持久高效的蒸发冷却，为户外工作者及多种场景提供理想的热防护解决方案。未来，这种新型水凝胶材料有望广泛应用于个人防护、空间冷却等多个领域，让高温环境不再可怕。

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作者：王锦、胡雪妍（中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所）

监制：中国科普博览

近年来，全球极端天气频发，高温酷暑成为日益严峻的挑战。去年（2024年）夏天，全国有20%以上的县市出现40℃及以上高温。全国有96个国家级气象站日最高气温达到或突破历史极值，其中，新疆托克逊47.9℃、重庆北碚（43.6℃）、河南温县（43.4℃）。（数据来自中国气象局）。

在这种极端的户外环境下，户外活动、作业的人们都面临着高温威胁，严重时还会危及生命。所以，对于户外工作者来说急需一种高效便携的热防护解决方案。

目前，市场上的个人穿戴降温技术多通过增强纺织品对太阳短波辐射的反射来降低热量吸收，例如抗紫外线衣物或遮阳帽。这些技术在温和的环境中能提供1-10℃的降温效果，但在40℃以上的极端高温下却容易失效，甚至还可能加剧体表的热量累积。

水的魔力：蒸发降温的科学基础

水是一种天然的冷却剂，其高蒸发焓使其在蒸发过程中能够吸收大量热量。简单来说，就是当水从液态转变为气态时，会从周围环境中吸热，从而降低环境温度。

这一过程的原理广泛应用于自然界和日常生活的降温。例如，当你在炎炎夏日里感到炙热难耐时，应该曾试过用冷水泼洒在身上来降温的方法。从普通人到职业运动员，这种方法都被频繁使用。马拉松选手在烈日下奔跑时，常会用水淋湿毛巾擦拭皮肤，或者直接浇水在身上，通过蒸发降低体温，缓解酷暑对身体的压力。

然而，这种方法也有明显的局限性——水蒸发后快速流失，难以长时间维持凉爽效果。那么，有没有一种(zhǒng)方(fāng)式(shì)可(kě)以(yǐ)长(zhǎng)时(shí)间(jiān)固(gù)定(dìng)水(shuǐ)，同(tóng)时(shí)高(gāo)效(xiào)发(fā)挥(huī)蒸(zhēng)发(fā)降(jiàng)温(wēn)的(de)作(zuò)用(yòng)呢(ne)？

中(zhōng)国(guó)科(kē)学(xué)院(yuàn)苏(sū)州(zhōu)纳(nà)米(mǐ)技(jì)术(shù)与(yǔ)纳(nà)米(mǐ)仿(fǎng)生(shēng)研(yán)究(jiū)所(suǒ)李(li)清(qīng)文、王(wáng)锦(jǐn)研(yán)究(jiū)员(yuán)团(tuán)队(duì)一(yī)直(zhí)致(zhì)力(lì)于(yú)解(jiě)决(jué)极(jí)端(duān)环(huán)境(jìng)的(de)个(gè)人(rén)防(fáng)护(hù)，此(cǐ)次(cì)联(lián)合(hé)香(xiāng)港(gǎng)中(zhōng)文大(dà)学(xué)的(de)龙(lóng)祎(yī)教(jiào)授(shòu)，基(jī)于(yú)水(shuǐ)蒸(zhēng)发(fā)降(jiàng)温(wēn)的(de)原(yuán)理(lǐ)，设(shè)计(jì)了(le)一(yī)种创新型的可穿戴水凝胶材料。通过反复冻融操作，并引入超疏水气凝胶颗粒，成功将水束缚在水凝胶的多级孔隙中，设计出了一种轻质水凝胶（HPHG）。这种材料不仅能“固定”水分，反射太阳光阻止热量吸收，还能在蒸发过程中持续提供凉爽感。这项研究成果发表在国际期刊《物质》（Matter）上。

研究成果发布于《物质》

（图片来源：截图自Matter官网）

突破限制：水凝胶让降温更持久、更舒适

这种新型可穿戴水凝胶基于多级孔结构设计，结合了超疏水气凝胶颗粒和水的优异性能，具备轻质、干爽、强韧等特征。更重要的是，它能在极端高温环境下实现高效的蒸发冷却和辐射冷却功能。此外，这种材料还具有以下几种优点：

持久冷却：传统的泼水降温方式，水分在短时间内蒸发完毕，而水凝胶材料通过其多孔结构逐步释放水分，可实现长达15小时的冷却效果。

舒适与便携：相比于直接浇水或湿毛巾，水凝胶材料干爽且柔软，与皮肤接触时温度始终维持在36℃左右，不会带来冰冷的不适感。

高效降温：在烈日直射下，这种材料表面温度比环境温度低22.5℃，为极端高温环境中的用户提供可靠的防护。

易于大规模生产：材料制备方法简单，使用的原料为常见工业品，生产成本低廉。

大尺寸制备展示

（图片来源：作者供图）

从日常到极端环境：科技让高温不再可怕

在个人防护方面，它可制成可穿戴降温背心等，用于户外工作者的防暑降温。在空间冷却方面，它可以作为需要降温设备的遮盖物。在实验中，用该材料覆盖的汽车模型内部温度比无覆盖方式降低32.1℃。更令人惊叹的是，在库木塔格沙漠约50℃的极端高温下，这种水凝胶材料能将沙地表面68℃的高温降低近30℃，展示了其在极端环境下的强大潜力。

这种新型水凝胶材料在个人防护以及空间降温应用前景广阔。例如：

户外劳动者的防暑利器：建筑工人、农民、快递员等长时间暴露在阳光下的群体，可穿戴由水凝胶制成的背心或帽子，有效降低中暑风险。

运动员的秘密武器：马拉松选手、高尔夫球手，甚至休闲跑步爱好者，都可以通过穿戴水凝胶衣物，减少因高温引起的体能下降，提高运动表现。

旅(lǚ)行者的随身“空调”：户外徒步爱好者或露营者在酷热天气中，可以用水凝胶背心或垫子保持凉爽，提升旅途体验。

汽车防晒：将水凝胶材料作为车衣覆盖车身，减少车内温度升高。

灾后应急：为遭遇极端高温灾害的地区提供便携式降温设备，保障居民安全。

工业冷却：在特殊场景中替代传统制冷设备，提供绿色环保的冷却方案。

展望未来：走向日常应用的最后一步

尽管当前的研究成果令人振奋，但可穿戴水凝胶的性能仍有进一步优化空间，例如提高蒸发冷却的持久性、增强舒适度以及增加可重复使用能力等。

研究团队未来将专注于材料的功能性拓展，使其更加适应复杂环境，同时探索更广泛的应用领域。相信在不远的将来，这种可穿戴水凝胶将走入寻常百姓家，为我们带来更加舒适的夏日体验！