气凝胶是一种由无定形二氧化硅组成的三维网络多孔材料，具有超低密度、高孔隙率、高比表面积和低热导率等特性。面向严寒，气凝胶的纳米孔抑制空气导热，为防寒服构筑轻质隔热屏障。热象研发团队走进天山山脉，在低温与风冷条件下开展外场试验，检验气凝胶防寒服对人体微气候的保温调控能力。与此同时，气凝胶由于具有独特的光谱特性，能够作为功能基元赋能水凝胶，发挥出高效被动无源降温潜力。团队前往新疆多个典型极热地区，验证气凝胶功能化水凝胶的真实户外被动降温能力。
图1 团队前往严寒和炎热地区开展验证：（1）新疆天山山脉（东经82°55'，北纬41°42'，气温10℃）；（2）新疆塔克拉玛干沙漠（北纬38°50'，东经80°40'，气温40℃）
气凝胶的光学特性来自两方面：一方面，气凝胶颗粒的多孔界面增加对光的多重散射和后向反射，减少材料对0.3–2.5 μm太阳光的吸收；另一方面，Si–O–Si键在约8–13 μm大气透明窗口具有高发射率，从而有利于材料将热量以中红外辐射形式向天空释放。我们通过在传统水凝胶中引入超疏水的气凝胶颗粒，再经反复冻融操作设计合成了一种轻质的多级孔水凝胶（HPHG）－轻水材料（lightweight water material, LWM），不仅实现了水在室温条件下固定形状、具备良好的剪切能力，还具有轻质、干爽冰凉的穿戴性能。更重要的是，这种材料兼具优异的蒸发冷却和辐射冷却功能，二者的结合，使其在炎炎夏日的太阳光直射下表面温度可比环境温度低22.5℃，冷却时间可长达15小时。
图2 团队前往吐鲁番典型干热地区开展验证：（北纬41°12′，东经87°16′）；（1）新疆吐鲁番吐峪沟（晴朗，42℃）；（2）新疆吐鲁番火焰山（多云，气温40℃）；（3）团队在火焰山合照留影
为验证这一技术路线在真实热工况下对人体舒适性的意义，热象研发团队将HPHG无源降温服带入新疆典型干热区域：火焰山、吐峪沟和塔克拉玛干沙漠，考察HPHG无源降温服在强直射太阳光、炽热地表再辐射、低湿空气、自然风共同组成的复杂热工况下的降温表现。在火焰山和吐峪沟的太阳暴晒下，团队成员首先感受到的是后背明显的清凉感，HPHG明显削弱了太阳光直射带来的热累积，相比未穿戴的后背，晒后迅速发烫的情况得到缓解。在库姆塔克与塔克拉玛干沙漠的干热、风沙环境中，即便是多云天气，HPHG的蒸发冷却仿佛一种神秘力量，不断为人体带来丝丝凉意。我们所体验到的这种凉意并非一次性的冷刺激，而是一种在极端高温环境下对皮肤的热积累的持续缓冲。
