全球變暖導致高溫頻發(fā)，人們需要保持涼爽和舒適，對極端高溫損害健康的認識也在不斷增強，這使得近年來個人降溫設備越來越受歡迎。智能可穿戴技術已成為個人降溫設備市場增長的主要貢獻者。

但是，此類設備的普及仍然存在挑戰(zhàn)性，不僅面臨佩戴舒適性問題，還需要有基礎性的科學突破。研究者基于撒哈拉銀蟻和駱駝的耐熱性，正在開發(fā)新的服裝或包裝材料，可以幫助人或食品主動降溫。

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2020年的盛夏7月，索尼公司發(fā)布了一款創(chuàng)意性的小電器——可穿戴空調Reon Pocket。這款手掌大小的白色設備很輕薄，可以通過硅膠墊貼在皮膚上，利用珀耳帖效應吸收和釋放熱量。

盡管日本有著難熬的夏天，但這款設備很大程度上仍被看作一個小眾產品。最近，Reon Pocket已經更新到了第四代，性能提升、功能增加，即使散熱效果不太好，但第三代設備去年很快就售空了。隨著氣候變暖日漸加劇，消費者對個人降溫設備的興趣正在不斷增加，索尼預計此類技術的應用將不斷增長。

但是，個人降溫設備的普及仍然存在挑戰(zhàn)性，不僅面臨佩戴舒適性和體驗問題，還需要有基礎性的科學突破。一些研究人員正在尋找創(chuàng)新的解決方案，比如從沙漠的螞蟻和駱駝身上尋找靈感。

目前的設備功能仍然有局限

Reon Pocket所利用的珀耳帖效應，是指當電流流過兩種不同導體的連接處時，會導致一根發(fā)熱，一根冷卻，從而有效地將熱量從佩戴者身上帶走。第一代設備重約80克，用戶可通過USB-C接口充電，用藍牙連接到手機操控。在此后的產品迭代中，索尼調整了Reon Pocket的內部結構，提升冷卻性能。與此同時，該設備在舒適度上做了一些提升，比如改進防汗功能，和一些運動品牌合作，生產帶有可插入設備的口袋的衣服。索尼還設計了頸帶配件，以便Reon Pocket可以與普通衣服搭配使用。

經過幾年的發(fā)展，越來越多公司介入像Reon Pocket這樣的可穿戴空調領域，其中很多產品做成頸圈的樣式，像時尚的藍牙耳機一樣被戴在脖子上。它們結合了觸感涼爽的金屬板和數十個微型風扇，在頭部和頸部周圍產生涼爽的空氣。

所有這些產品都有一個重要的局限：只在頭頸部提供降溫?？萍济襟wDigital Trends的評測曾指出，雖然確實能讓脖子周圍的區(qū)域感到涼爽，但并不能有效地提供冷空氣打在臉上的清爽感覺。從風扇中出來的空氣只是強制空氣，沒有其他東西。

科技媒體The Verge的評測也指出，基本上，Reon Pocket的功能與人們所期望的任何低溫小物體貼在皮膚上的功能相同，人仍然會感覺自己處于炎熱、出汗的環(huán)境中。

如何讓個人降溫技術獲得根本上的突破？有幾個團隊目前正在攻關這類應用。據《華爾街日報》近日報道，加州大學圣地亞哥分校納米工程學教授徐升就領導了其中一個團隊，他正在研究下一代熱電設備，希望為在高溫下從事戶外勞動的農場工人等提供幫助?！安荒茉谔镩g攜帶空調設備。對于長時間、艱苦工作的人來說，它（空調）成本太高，而且太重?！?/p>

徐升將柔性熱電貼片放置到汗衫中，設計了可以將皮膚隔開的小氣隙，防止熱量回流到佩戴者身上。他說，他成功證明了這個方法能使人體局部溫度下降約10攝氏度，并設想用手機大小的電池組為系統(tǒng)供電長達八小時?！拔覀儜撛诖蠹s兩年內就會有一個可以部署的產品?！彼f，“現(xiàn)在，一切都是由我的學生手工制作?！?/p>

但熱電技術能否解決個人降溫問題仍然備受質疑。哈佛大學化學教授賈拉德·梅森（Jarad Mason）表示：“它們的效率不是很高，因此為一個四處走動且不與電源相連的人提供電力是相當具有挑戰(zhàn)性的。”梅森沒有把研究放在個人冷卻設備上，而是關注空調的研究，其重點是用壓卡（barocaloric）材料（擠壓時加熱或冷卻的固體）取代液體制冷劑。他說，這些固定冷卻裝置與如今使用的窗戶裝置和熱泵類似，但更小、更簡單、更環(huán)保。

從自然界尋找靈感

美國北卡羅來納州的材料科學家唐·切爾諾夫（Don Chernoff）研究自然界如何應對高溫，他參考了蘇黎世大學領導的有關撒哈拉銀蟻的研究。銀蟻生活在沙漠中，是世界上跑得最快的螞蟻，它們從樹蔭下迅速沖出，在非洲炎熱的陽光下尋找食物。

多年來，研究者一直認為銀蟻的銀色外表反射了足夠的陽光來維持安全的溫度，但美國和瑞士的一組科學家發(fā)現(xiàn)，這只是一部分原因。他們在強大的顯微鏡下檢查銀蟻，發(fā)現(xiàn)其體毛已經進化成不尋常的三角形，就像微小的空心三角巧克力。這種結構對于散射大多數輻射（包括陽光）非常有效，還能幫助將銀蟻的體溫散發(fā)出去。

早在2020年，中國寧波大學的研究人員就證明，銀蟻的冷卻系統(tǒng)也可以在人體范圍內發(fā)揮作用。他們在題為《撒哈拉銀蟻仿生結構在光伏組件冷卻中的應用》的論文中，提出一種基于撒哈拉銀蟻仿生結構的熱管理方法，該仿生結構由氧化物-金屬-氧化物（OMO）和表面具有微納結構的聚二甲基硅氧烷薄膜共同組成，可通過熱輻射進行表面散熱，同時也能顯著地反射近紅外波段的太陽光，進一步降低表面溫度。據《華爾街日報》報道，這些中國研究人員在智能手表上覆蓋微小的硅纖維，其中含有三角形氣隙，仿照螞蟻的毛發(fā)，使手表的溫度降低了4.5攝氏度。

受撒哈拉銀蟻啟發(fā)，2021年，切爾諾夫在美國國土安全局發(fā)起的冷卻解決方案挑戰(zhàn)賽中獲獎。這項賽事鼓勵研究者開發(fā)讓人們坐在里面、攜帶或穿戴的輕量高效冷卻設備，國土安全局希望保護急救人員和戶外工作人員免受極端高溫傷害。

憑借美國國土安全部2.5萬美元的獎金，切爾諾夫在北卡羅來納州立大學招募了紡織工程師，開發(fā)一種像頭發(fā)一樣的服裝材料，可以為穿著它的人主動降溫。他承認，任何降溫服裝都距離上市很遠。 “到目前為止，這都是挑戰(zhàn)，沒有成功，但我希望今年能有面料進行測試?！彼f。

除了螞蟻，沙漠中的駱駝也成為被重點關注的研究對象。瑞士洛桑聯(lián)邦理工學院（EPFL）的材料科學家Zhengmao Lu領導的團隊在美國國土安全部挑戰(zhàn)賽中獲得了亞軍，他們的研究就是基于駱駝展開的。

“如果你給駱駝剃毛，它的耗水量就會增加一倍?！盠u說， “在炎熱的沙漠中，厚重的毛皮似乎是違反直覺的著裝要求，但這對于駱駝的生存是必要的?！焙腿祟愐粯?，駱駝也有汗腺，可以通過蒸發(fā)來給自己降溫。在沙漠的陽光下，它們厚厚的毛皮使身體與炎熱的環(huán)境隔絕，同時讓汗液中的水蒸氣逸出。

Lu將駱駝的冷卻系統(tǒng)重新構想為一種多層材料，可以做成衣服，或者制成包裝材料，在炎熱的氣候下保持食品和藥品的低溫。 “汗水”來自皮膚狀水凝膠——一種類似于膠原蛋白或明膠的聚合物網絡，按重量計含水量高達99%。Lu放置了一種氣凝膠作為“毛皮”，這種堅韌且超輕的結構位于表層，90%是空氣，使其具有高度絕緣性且極易滲透水蒸氣。

為了使復合材料更有效，Lu使用了一種水凝膠，擁有和銀蟻一樣的發(fā)射紅外線的能力。還有一種氣凝膠，可以讓放射線通過，同時仍然反射陽光。Lu表示，在測試中，該材料能夠使容器的溫度比環(huán)境溫度低至少9攝氏度，而無需使用任何電力。

雖然Lu認為這項技術最初可以用于保持包裹低溫，但“我們正在開發(fā)的材料完全適用于個人降溫?！彼f， “調整材料的層數可以提供可用于不同氣候的配方，這真的很酷?！?/p>

未來市場需求增長

在研究者進行科技探索的背后，市場需求也在緩慢而穩(wěn)步的增長。根據咨詢機構“持久性市場研究（Persistence Market Research）”今年5月發(fā)布的報告，2022年全球個人降溫設備市場價值為57億美元，預計2023年將達到60億美元，2033年將達到90億美元。消費者對緊湊型和可穿戴降溫設備的需求不斷增長，推動了個人降溫設備市場。

報告稱，全球變暖導致氣溫上升，人們需要保持涼爽和舒適，對極端高溫損害健康的認識也在不斷增強，這使得近年來個人降溫設備越來越受歡迎。市場上提供了各種各樣的個人降溫設備，包括可穿戴風扇、帶有冷卻組件的背心、個人空調和手持式噴霧風扇。

一些廠商開發(fā)可戴在脖子上的個人降溫設備，瞄準喜歡輕型戶外活動的徒步旅行者、露營者和登山者。

其中，智能可穿戴技術已成為個人降溫設備市場增長的主要貢獻者。在最新技術的支持下，可穿戴個人降溫設備變得更加先進、緊湊且價格實惠。隨著智能傳感器和物聯(lián)網設備集成到可穿戴降溫設備中，其受歡迎程度將進一步提高，因為精通技術的用戶可以更容易使用它們。比如，很多設備與手機連接后，能方便用戶操控和調整。

報告還列出了不同國家的情況。比如，到2033年，英國對個人降溫設備的需求預計將使市場價值達到14億美元；日本個人降溫設備市場預計將增長14億美元。

在印度市場，由于夏季氣溫不斷上升，個人降溫需求大幅增加，有公司今年已經確定了市場上的需求，即價格合適、真正的便攜式個人降溫設備。

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