智能调温纺织品的创新研究进展
发布时间：2024/4/30 15:05:25 点击数：
美国斯坦福大学崔屹团队从事温度管理材料研究多年，其发明的正穿保暖、反穿降温“面料”，利用的就是辐射率决定辐射量，而辐射量决定体表是升温还是降温的原理。该“面料”共由三种纳米材料构成：上下两层为对红外波段的热辐射几乎“透明”的纳米聚乙烯基底；在中间夹着一个由辐射率超高的碳薄层和辐射率超低的铜薄层组成的双层辐射体。在双模织物的双层辐射体中，碳层的辐射率高达0.9（辐射率的理论上限为1），当它朝外时，辐射散失的热量会大于体内的产热，从而导致体表温度的下降：而铜层的辐射率则只有0.3，当这一层朝外时，辐射散失的热量会小于体内的产热，从而起到比常规织物好得多的保温效果。
华中科技大学陶光明团队发明的无源降温超材料织物，可实现涵盖太阳辐射波段至中红外波段的高效宽光谱选择性调控，使织物在太阳辐射波段（0.4~2.5μm）具有92.4%的反射率，极大阻挡热量输入；在中红外波段（8~13μm）具有94.5%的发射率，借助大气透明窗口增强热量与外太空寒冷空间的热交换，有效解决人们在户外环境所面临的热舒适问题。相较商用棉纺织品，无源降温超材料织物可对人体降温近5℃。未来还需要解决的是颜色单一、生产规模化等问题。在此基础上，该团队也进行了无源保暖材料的研究，该无源保暖材料被用于雪上科技护脸装备，在－10℃环境中运动的志愿者，佩戴上该装备后，可使其吸入空气温度提高约20℃，面部皮肤温度提高约6℃。
南京林业大学功能高分子材料研究团队基于静电纺丝工艺和原位氧化聚合，制备了一种既可降温又可保暖的双模式热管理纤维织物。该织物由偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物（PVDF-HFP）和聚吡咯（PPy）两种有机聚合物组成，制备工艺简单并可实现大规模生产，在850W/m2的太阳光照强度下，纤维膜的PVDF-HFP面可以实现4.5℃左右的降温效果，而PPy面可以实现35.8℃左右的加热效果。双模式纤维膜不受外界太阳光照强度的影响，均呈现优异的辐射制冷效果；而太阳光照强度越高，其人体保暖效果越为明显。
美国杜克大学的研究团队展示了一种多模态自适应可穿戴设备，该设备带有由锦纶/金属异质结构组成的湿气响应襟翼，可以同时调节对流、汗液蒸发和中红外发射，以响应人体汗液刺激来完成快速的热传递调节。为了实现多模态热管理，设计了锦纶、Ag和SEBS纳米复合材料三层材料和一组襟翼。锦纶6可以通过可逆的吸水和放水实现双晶驱动，即当两侧存在湿度差异时，锦纶瓣会向湿度较低的方向弯曲，并在湿度差异消失后回复到原来的状态。在顶部表面沉积一层Ag以实现低中红外发射。当襟翼在干燥状态下关闭时，该层可有效地抑制辐射损失；当在潮湿条件下打开襟翼时，由于人体皮肤接近完美的黑体，因此辐射传热会增加。与传统静态纺织品和单模态自适应可穿戴设备相比，多模态自适应设备在无需任何电力和能量输入的情况下，襟翼关闭时（干燥条件）温暖约16%，而在襟翼打开时（潮湿条件）凉爽14%，即可以将热舒适区扩大30%。（来源：纺织导报）
华中科技大学陶光明团队发明的无源降温超材料织物，可实现涵盖太阳辐射波段至中红外波段的高效宽光谱选择性调控，使织物在太阳辐射波段（0.4~2.5μm）具有92.4%的反射率，极大阻挡热量输入；在中红外波段（8~13μm）具有94.5%的发射率，借助大气透明窗口增强热量与外太空寒冷空间的热交换，有效解决人们在户外环境所面临的热舒适问题。相较商用棉纺织品，无源降温超材料织物可对人体降温近5℃。未来还需要解决的是颜色单一、生产规模化等问题。在此基础上，该团队也进行了无源保暖材料的研究，该无源保暖材料被用于雪上科技护脸装备，在－10℃环境中运动的志愿者，佩戴上该装备后，可使其吸入空气温度提高约20℃，面部皮肤温度提高约6℃。
南京林业大学功能高分子材料研究团队基于静电纺丝工艺和原位氧化聚合，制备了一种既可降温又可保暖的双模式热管理纤维织物。该织物由偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物（PVDF-HFP）和聚吡咯（PPy）两种有机聚合物组成，制备工艺简单并可实现大规模生产，在850W/m2的太阳光照强度下，纤维膜的PVDF-HFP面可以实现4.5℃左右的降温效果，而PPy面可以实现35.8℃左右的加热效果。双模式纤维膜不受外界太阳光照强度的影响，均呈现优异的辐射制冷效果；而太阳光照强度越高，其人体保暖效果越为明显。
美国杜克大学的研究团队展示了一种多模态自适应可穿戴设备，该设备带有由锦纶/金属异质结构组成的湿气响应襟翼，可以同时调节对流、汗液蒸发和中红外发射，以响应人体汗液刺激来完成快速的热传递调节。为了实现多模态热管理，设计了锦纶、Ag和SEBS纳米复合材料三层材料和一组襟翼。锦纶6可以通过可逆的吸水和放水实现双晶驱动，即当两侧存在湿度差异时，锦纶瓣会向湿度较低的方向弯曲，并在湿度差异消失后回复到原来的状态。在顶部表面沉积一层Ag以实现低中红外发射。当襟翼在干燥状态下关闭时，该层可有效地抑制辐射损失；当在潮湿条件下打开襟翼时，由于人体皮肤接近完美的黑体，因此辐射传热会增加。与传统静态纺织品和单模态自适应可穿戴设备相比，多模态自适应设备在无需任何电力和能量输入的情况下，襟翼关闭时（干燥条件）温暖约16%，而在襟翼打开时（潮湿条件）凉爽14%，即可以将热舒适区扩大30%。（来源：纺织导报）
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