程寧波，繆東洋，王先鋒，王朝暉，丁 彬，俞建勇

(1.東華大學(xué) 服裝與藝術(shù)設(shè)計學(xué)院，上海 200051；2.東華大學(xué) 紡織科技創(chuàng)新中心，上海 200051；3.東華大學(xué) 現(xiàn)代服裝設(shè)計與技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，上海 200051)

服裝作為人體的第2層皮膚，不僅對人體具有保護(hù)功能，而且可調(diào)節(jié)人體與環(huán)境的熱平衡，給人帶來舒適感[1-3]。隨著人們對舒適性的不斷追求，供熱通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)(HVAC)，如空調(diào)，是用于建筑環(huán)境熱調(diào)節(jié)的主要技術(shù)，該技術(shù)消耗能量多，且能耗占比逐年增大[4-5]。國際能源署2020年數(shù)據(jù)顯示，空調(diào)制冷占建筑能耗高達(dá)16%[6]；國際能源署也表示，空調(diào)用電需求的增長是當(dāng)今能源辯論中最關(guān)鍵的盲點(diǎn)之一[7]，其中制冷產(chǎn)生的溫室氣體占全球排放總量7.8%[8-9]。建筑環(huán)境空間大，空調(diào)能耗大使得資源得不到充分利用，此外，在相同熱環(huán)境不同個體的舒適感是不同的[10-11]，也難以滿足個性化熱舒適性和多樣化場景應(yīng)用。鑒于HVAC技術(shù)的缺陷和可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，將具有個人熱濕舒適管理功能的紡織品用于調(diào)節(jié)人體與服裝微氣候成為了一種極具吸引力的替代解決方案，得到了諸多學(xué)者的關(guān)注。具有熱濕管理功能的智能服裝成為了研究熱點(diǎn)，該類服裝在提高個體舒適及其在各種戶外場景(軍事、體育和特殊職業(yè)等)中的普遍適應(yīng)性中極具潛力[12-13]。

近年來，基于不同的熱調(diào)節(jié)機(jī)制和制備方法，人們在開發(fā)具有熱濕管理功能的紡織品上已做出許多研究，包括輻射調(diào)溫織物、仿生調(diào)溫織物、智能響應(yīng)織物、相變材料、能量轉(zhuǎn)換的可穿戴設(shè)備(如液體冷卻、冷/熱空氣轉(zhuǎn)換設(shè)備等)、防水透濕膜和單向?qū)窨椢锏?，但這些工作只有部分得到真正應(yīng)用，在舒適性、功能性、便攜性和成本等多方面難以達(dá)到平衡。為促進(jìn)具有熱濕管理功能紡織品在個人熱舒適調(diào)節(jié)領(lǐng)域的應(yīng)用，以減少建筑能耗，本文將回顧熱濕管理功能紡織品的最新研究進(jìn)展，簡述個體熱濕舒適管理機(jī)制，介紹開發(fā)熱濕管理功能紡織品的不同方法，主要包括輻射調(diào)溫紡織品、相變調(diào)溫紡織品、智能響應(yīng)紡織品、導(dǎo)熱紡織品、能量轉(zhuǎn)換的調(diào)溫紡織品和水分管理紡織品，并針對未來熱濕管理功能紡織品的研究趨勢和挑戰(zhàn)提出一些觀點(diǎn)，在提升個人熱濕舒適和節(jié)約能源等方面具有重要的研究意義。

1 個人熱濕舒適管理機(jī)制

舒適性是一個復(fù)雜而模糊的概念，根據(jù)ISO 7730—2005《熱環(huán)境的人類工效學(xué)》對熱舒適的解釋可知，熱舒適主要是指人對熱環(huán)境的主觀滿意程度評價，涉及物理、心理和生理3個方面，因環(huán)境、心理、年齡和性別等因素而存在差異[14-16]，其中熱濕舒適性對人體舒適感的貢獻(xiàn)率約為61.5%[17]。

在產(chǎn)熱和散熱的動態(tài)平衡下，人體核心溫度維持在37 ℃左右，但人體的體溫調(diào)節(jié)范圍很窄(35～41 ℃)，體溫過高或過低會直接影響身體健康[18]。人體體溫調(diào)節(jié)和散熱機(jī)制如圖1[19]所示。在靜止?fàn)顟B(tài)下，人體大部分熱量來源于人體新陳代謝，若從事體育活動時，骨骼肌產(chǎn)熱大幅度增加。就散熱而言，人體散熱主要依靠皮膚，也有部分熱量通過呼吸、排尿和排糞來散失[20]。皮膚散熱量高達(dá)90%，主要有熱傳導(dǎo)、對流、輻射和汗液蒸發(fā)4種途徑[21]。輻射、傳導(dǎo)和對流稱為干熱交換，多數(shù)情況這3種散熱方式協(xié)同作用，而蒸發(fā)是濕熱交換，在高溫或劇烈運(yùn)動時汗液蒸發(fā)是人體散熱最有效的方法也是主要途徑[22]。4種散熱途徑的熱損失占比會因不同環(huán)境或場景而不同，如在高溫高濕環(huán)境下，汗液蒸發(fā)冷卻路徑將被阻塞，人體會產(chǎn)生不適感，尤其在從事運(yùn)動項(xiàng)目時[23]，因此需要根據(jù)應(yīng)用場景來設(shè)計材料或衣物以增強(qiáng)散熱。

圖1 人體體溫調(diào)節(jié)和散熱機(jī)制

若產(chǎn)熱和散熱不能平衡，衣物不僅會影響人的舒適感、心理情緒和工作效率，甚至?xí){生命健康[18,24]。據(jù)報道，高溫引起的熱應(yīng)激是危害人類健康最嚴(yán)重的氣候威脅之一[25]。已有研究表明改變空調(diào)設(shè)定值可節(jié)省部分能源，升高或降低1 ℃可節(jié)約10%左右的能源[26-27]。若將空調(diào)設(shè)定值提高或降低一點(diǎn)，同時又不犧牲人體的熱舒適，就可達(dá)到滿足舒適性要求與節(jié)約能源的雙重目的。許多學(xué)者也提出了新型的個人熱濕管理概念，該目標(biāo)是僅對人體微環(huán)境提供制熱或降溫，而不需浪費(fèi)過多能源用于建筑供暖和制冷[13,28-29]。根據(jù)人體溫度調(diào)節(jié)機(jī)制，人體的總熱量可用下式計算，熱量用P表示，其中后文對熱濕管理紡織品的研究也通過是控制熱量來源和散熱量來實(shí)現(xiàn)個人熱舒適。

Pt=Pi+Psun-Prad-Pcond-Pconv-Pevp

式中：Pt為總熱量；Pi為人體代謝產(chǎn)熱量；Psun為來自太陽光的熱量；Prad為輻射散熱量；Pcond為傳導(dǎo)散熱量；Pconv為對流散熱量；Pevp為汗液蒸發(fā)散熱量。單位均為J。

2 熱濕管理功能紡織品的研究進(jìn)展

近年來，HVAC被廣泛應(yīng)用于環(huán)境熱調(diào)節(jié)，以改善滿足人體熱濕舒適，卻引發(fā)了一些相關(guān)能源和環(huán)境問題。傳統(tǒng)的熱調(diào)節(jié)方式是通過增減衣物(如棉、毛和尼龍紡織品等)來防止冬天的熱量散失或增強(qiáng)夏天熱量散出，此法存在穿著不便和笨重等問題，另一方面，普通棉、滌綸等織物在炎熱的夏季也無法管理紅外輻射和汗液蒸發(fā)；因此，可用于人體熱濕管理的輻射調(diào)溫紡織品、相變調(diào)溫紡織品、智能響應(yīng)紡織品、導(dǎo)熱紡織品、能量轉(zhuǎn)換的調(diào)溫紡織品和水分管理紡織品等成為了未來個人熱濕舒適管理和建筑環(huán)境節(jié)能的重要研究熱點(diǎn)。

2.1 輻射調(diào)溫紡織品

溫度高于絕對零度的物體都能以電磁波的形式向外傳送熱量，稱之為輻射。人體最舒適的皮膚溫度范圍為33～34 ℃，皮膚具有高發(fā)射率(為0.98)，紅外輻射波長范圍為7～14 μm，在中紅外波段(MIR，2.5～25 μm)范圍內(nèi)。同時地球大氣擁有一個透明的輻射窗口(又稱“大氣窗口”)，窗口波段為8～13 μm；與人體紅外輻射波段重疊，可允許8～13 μm 紅外波段透過傳達(dá)至宇宙空間(溫度3 K)。若人體MIR可透過衣物，向天空發(fā)射并透過大氣窗口傳到宇宙空間，從而實(shí)現(xiàn)輻射降溫效果，或是減少人體熱輻射的散失達(dá)到保暖目的。對于戶外環(huán)境，太陽是一種強(qiáng)烈的熱輻射源，太陽光譜主要由紫外線(UV)、可見光(VIS)和近紅外線(NIR)多種波段組成，90%以上的熱輻射集中在0.2～2.5 μm范圍內(nèi)，若衣物能減少太陽熱輻射吸收則可實(shí)現(xiàn)有效降溫。因此，具有熱輻射調(diào)控性能的織物可成為改善熱舒適的有效手段，在熱-冷環(huán)境下衣物熱輻射調(diào)控機(jī)制如圖2所示。主要是通過調(diào)控織物對人體紅外的透過率、織物向天空的中紅外發(fā)射率和太陽光的反射率來管理人體-服裝-環(huán)境的熱輻射。

圖2 衣物熱輻射調(diào)控機(jī)制

輻射是散熱的一種形式，織物允許人體MIR透過是降溫的一種重要途徑，反之就減少人體熱輻射散出。2014年，Tong等[30]提出了一種具有熱和光學(xué)性能的紅外(IR)透明可見光不透明織物的重要設(shè)計概念，認(rèn)為聚乙烯(PE)和聚酰胺(PA)等聚合物是輻射散熱紡織品的優(yōu)選材料，可用于開發(fā)可穿戴的個人熱濕管理紡織品從而減少HVAC能耗。傳統(tǒng)的棉麻等織物對MIR幾乎不透明，Hsu等[31]提出最常見的PE薄膜對人體MIR透明，是輻射降溫紡織品的理想選擇，但PE薄膜對可見光是透明的且不透氣。為滿足基本服用性能，Hsu設(shè)計了納米多孔聚乙烯(nanoPE)紡織品，nanoPE可同時滿足MIR透明、可見光不透明和透氣的要求，孔徑在 100～1 000 nm 范圍，呈白色，并對nanoPE進(jìn)行了聚多巴胺和棉網(wǎng)夾層后處理，提升了織物的親水性和機(jī)械強(qiáng)度。隨后該團(tuán)隊(duì)將PE和石蠟油混合，通過大規(guī)模擠出工藝生產(chǎn)了均勻連續(xù)的納米多孔PE超細(xì)纖維，兼具降溫、柔軟和MIR透明性能[32]。這一系列工作開辟了個人散熱方式研究的新思路：在零能耗的情況下通過調(diào)控紡織品的紅外輻射透明來達(dá)到一定的降溫效果，但其穿著舒適性仍是個挑戰(zhàn)。

為更好適應(yīng)戶外日照環(huán)境，尤其在炎熱的阿拉伯地區(qū)，減少太陽熱輻射的吸收是降溫的另一種途徑，主要是通過提高中紅外發(fā)射率和太陽光反射率來實(shí)現(xiàn)散熱增強(qiáng)。Cai等[33]利用太陽輻射、人體輻射和大氣窗口的波譜繼續(xù)對納米多孔PE進(jìn)行改進(jìn)，通過將氧化鋅(ZnO)納米顆粒嵌入納米多孔PE中開發(fā)了一種具有光譜選擇性的新型紡織品，研究表明ZnO納米顆?？煞瓷涑^90%的太陽熱輻射，且納米孔聚乙烯對MIR透明，與普通紡織品(如棉)相比，這種紡織品可使模擬皮膚在日光下降溫5～13 ℃。這一研究吸引了諸多學(xué)者對降溫材料展開了系列研究，如表1所示。輻射降溫紡織品的制備大致可分為紡絲法、涂層法和微沖壓法。這些織物通過反射太陽光來減少太陽熱輻射吸收，常用微納米孔結(jié)構(gòu)、負(fù)載粒子的散射作用來增強(qiáng)太陽光反射，允許人體MIR透過或是具有MIR高發(fā)射率，將MIR輻射到宇宙空間來達(dá)到散熱效果，與傳統(tǒng)織物相比具有良好的降溫效果。為了提高服用性能，學(xué)者們也對織物的透氣性、強(qiáng)力、芯吸高度和耐磨性等物理性能進(jìn)行測試，進(jìn)一步擴(kuò)大了個人降溫紡織品的應(yīng)用場景，在戶外運(yùn)動服裝、遮陽傘、帳篷、可穿戴設(shè)備、建筑等領(lǐng)域具有廣闊前景。

表1 輻射降溫材料

對于輻射保暖織物，主要是通過最小化輻射熱量的散失來達(dá)到保暖目的。一般情況下衣物和人體間會產(chǎn)生孔隙，通常是采用防風(fēng)材料來減少對流的熱損失或是采用低導(dǎo)熱材料減少傳導(dǎo)的熱損失，往往忽略了人體的熱輻射調(diào)控。傳統(tǒng)織物的發(fā)射率較高[31]，會導(dǎo)致熱輻射的損失。常見的方法是采用金屬涂層來提高人體MIR輻射的反射，以減少熱量的散出。Hsu等[40]基于減少人體熱量耗散和降低對環(huán)境供熱需求這一理念，將銀納米線(AgNWs)和碳納米管(CNTs)涂覆在織物上形成金屬傳導(dǎo)網(wǎng)絡(luò)，金屬網(wǎng)絡(luò)在人體輻射光譜中都具有很高的反射率和隔熱性能，同時又保留原面料的透氣性。此外AgNWs和CNTs也能進(jìn)行電阻加熱，具有良好的保暖效果，可為個體節(jié)省約354.7 W的室內(nèi)供暖功率，是一種制備簡單且有效的可穿戴熱濕管理技術(shù)。Ag涂層也經(jīng)常被用于輻射保暖織物，如口罩和服裝[41]。利用不同輻射性能，Hsu 等[42]提出了一種C(高發(fā)射率)/Cu(低發(fā)射率)/nanoPE(高透過率)分層結(jié)構(gòu)用于個人熱濕管理的雙向調(diào)溫織物，與傳統(tǒng)織物比較，擴(kuò)大了人體熱舒適區(qū)范圍(13.9～24.3 ℃)，在個人熱濕舒適表現(xiàn)出良好的應(yīng)用前景。

2.2 相變調(diào)溫紡織品

相變材料(PCM)是個人熱濕管理重要的功能材料之一，以潛熱形式吸收或釋放大量能量為人體降溫或加熱予以緩沖作用。相變材料種類很多，常見的是固-液相變材料，利用因溫度變化PCM轉(zhuǎn)變物理性質(zhì)過程中吸收或釋放熱量來維持體表的舒適感。

目前對PCM的研究集中在通過涂覆或是封裝PCM在織物中制成具有溫度調(diào)控的紡織品。PCM與織物結(jié)合技術(shù)包括涂覆技術(shù)[43]、紡絲技術(shù)[44-46]和層壓技術(shù)[47]。Wu 等[43]采用蠶絲蛋白為原料通過冷凍紡絲方法制備出具有良好隔熱性能的微結(jié)構(gòu)纖維，將聚乙二醇(PEG)相變材料填充在纖維微結(jié)構(gòu)中，纖維內(nèi)部的孔被PEG填充并覆蓋，得到相變微結(jié)構(gòu)復(fù)合纖維(PCMF)，再用聚二甲基硅氧烷(PDMS)進(jìn)行涂層處理，成功制備具有調(diào)節(jié)人體溫度功能的復(fù)合溫控纖維(PCMF/PDMS)，該織物在20～90 ℃范圍內(nèi)表現(xiàn)出優(yōu)異的溫度調(diào)控性能，推動了節(jié)能經(jīng)濟(jì)可穿戴熱濕管理技術(shù)的發(fā)展并為個人熱濕管理紡織品的實(shí)際應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。Babapoor等[45]采用靜電紡絲方法制備了PA6-PEG納米纖維，將PEG相變材料作為芯層，得到的復(fù)合紡織品表現(xiàn)出可靠的熱性能。也有學(xué)者直接將PCM封裝在傳統(tǒng)的纖維素纖維(kapok)中空結(jié)構(gòu)中，制備的復(fù)合材料(kapok/PET/PCM)在24～42.3 ℃ 的舒適溫度范圍可吸收76.8 J/g潛熱，在10.5～29.7 ℃可釋放77.4 J/g潛熱，是動態(tài)熱調(diào)節(jié)紡織品的理想材料[46]。Su等[47]通過涂覆和層壓技術(shù)將PCM復(fù)合在織物上并應(yīng)用于消防服，提高了消防服的熱防護(hù)性能。PCM集成到紡織品中還存在一些挑戰(zhàn)，如目前PCM多應(yīng)用于常溫環(huán)境，無法滿足極端環(huán)境要求；PCM安全問題仍存在隱患；相關(guān)測試(如在纖維內(nèi)部的相變過程)和評價都需進(jìn)一步改善；以及在真實(shí)情況下的使用和效果仍需進(jìn)一步研究和評估。

2.3 智能響應(yīng)紡織品

智能響應(yīng)紡織品是將刺激響應(yīng)性聚合物(SRP)集成到織物的一種先進(jìn)紡織品。SRP隨著環(huán)境刺激的變化，其性能也會發(fā)生變化，有熱響應(yīng)性聚合物、水分響應(yīng)性聚合物、pH值響應(yīng)性聚合物和光響應(yīng)性聚合物等[48]。這里用于個人熱舒適管理的智能響應(yīng)織物是指在溫度和濕度(汗液)刺激下誘導(dǎo)纖維、紗線和織物結(jié)構(gòu)變化來增強(qiáng)熱交換的動態(tài)織物，這些動態(tài)織物能夠響應(yīng)環(huán)境變化進(jìn)行雙向調(diào)節(jié)從而改善服裝熱濕舒適性。Zhang 等[49]發(fā)明了一種紅外光輻射動態(tài)“門控”織物，該織物由親水和疏水2種不同的合成材料制成，在汗液刺激下纖維翹曲使得紗線緊密結(jié)合在一起，不僅打開織物孔隙，而且改變了紗線的電磁耦合作用，進(jìn)而增加其輻射率，從而有效增強(qiáng)了人體和環(huán)境的熱交換作用，為熱濕調(diào)節(jié)衣物的舒適性提供了新思路。Yao等[50]利用微生物細(xì)胞吸/脫水產(chǎn)生張力的原理制備了一種新型乳膠織物，當(dāng)微生物受到汗液刺激時可誘導(dǎo)織物發(fā)生可逆彎曲轉(zhuǎn)變，使得該織物制備的運(yùn)動衣在熱和出汗情況下將通風(fēng)口打開，反之則會關(guān)閉該通風(fēng)口，該工作為開發(fā)熱濕響應(yīng)織物提供了多個領(lǐng)域交叉融合的新思路。Wang等[51]研究了一種冬暖夏涼自適應(yīng)智能Janus紡織品，以實(shí)現(xiàn)溫度變化下可逆的單向?qū)衽c熱對流調(diào)節(jié)。Hu等[52]開發(fā)了水驅(qū)動形狀記憶羊毛織物，在出汗情況下羊毛紗線變細(xì)使得織物孔隙增大，進(jìn)而增強(qiáng)熱量和濕度的釋放。Zhong等[53]報道了濕敏智能調(diào)溫織物，濕度可誘導(dǎo)織物通風(fēng)口和厚度改變進(jìn)而促進(jìn)濕熱交換效率。Nike AeroReact開發(fā)了一種全新的響應(yīng)性輕質(zhì)面料，該材料的雙組分紗線能夠感知到汗液，紗線粗細(xì)的可逆變化誘導(dǎo)織物孔隙結(jié)構(gòu)的改變，促進(jìn)人體自身的體溫調(diào)節(jié)能力。智能響應(yīng)織物作用機(jī)制見表2，此系列研究對高性能運(yùn)動服裝的開發(fā)和人體熱濕調(diào)節(jié)具有重大意義。

表2 用于熱濕管理的智能響應(yīng)織物

2.4 導(dǎo)熱紡織品

材料導(dǎo)熱系數(shù)決定了織物的導(dǎo)熱性能，導(dǎo)熱系數(shù)越小，織物的熱絕緣性和保暖性能越高?？諝獾膶?dǎo)熱系數(shù)只有0.092 W/(m·K)，靜止空氣常用于保暖織物中。多數(shù)傳統(tǒng)織物的導(dǎo)熱系數(shù)非常低，如棉和毛類，且由于自身結(jié)構(gòu)可儲存靜止空氣，是冬季服裝最常用的材料。對于降溫服裝而言，這些傳統(tǒng)的低導(dǎo)熱材料阻礙了人體產(chǎn)生的熱量快速散發(fā)到環(huán)境中，導(dǎo)致冷卻效果不良。熱傳導(dǎo)與其他幾種散熱方式一樣重要，導(dǎo)熱系數(shù)的提高有助于提高熱傳導(dǎo)的速率。導(dǎo)熱最常見的有金屬導(dǎo)熱(如Cu、Ag、Al等)、無機(jī)非金屬紡織品導(dǎo)熱(如氮化硼、碳納米管、石墨烯等)、高分子聚合物導(dǎo)熱(如聚酰胺6、聚乙烯醇、超高分子量聚乙烯等)[54-55]。增強(qiáng)織物冷卻效果的方法之一就是加快對環(huán)境的散熱速度。除了導(dǎo)熱系數(shù)本身的影響，傳熱通道也很關(guān)鍵，關(guān)系著熱量傳遞過程中的損失和速度。除了受環(huán)境因素的影響，導(dǎo)熱系數(shù)和傳熱通道是熱傳導(dǎo)速度的主要影響因素。

將導(dǎo)熱材料涂層在纖維表面上或嵌入纖維結(jié)構(gòu)中是一種非常簡便的方法，如在棉纖維上涂覆常用的低導(dǎo)熱系數(shù)材料，與純棉織物相比，涂層棉織物的導(dǎo)熱系數(shù)可降低19.1%～44.5%，提高了棉織物的保暖性能[56]；將Al2O3和醋酸纖維素混合溶液涂覆在紡織品上可達(dá)到降溫效果[38]，但仍然存在一些缺點(diǎn)，包括涂覆時間，涂覆方法、耐水洗性和柔軟性等對衣物服用性能的影響。納米技術(shù)的進(jìn)步提供了不同材料類型和拓?fù)湫螤畹母邔?dǎo)熱率填料。許多學(xué)者引入高導(dǎo)熱填料同時使得導(dǎo)熱填料在基體形成高效的導(dǎo)熱通道，大量熱量以熱傳導(dǎo)的方式傳遞，改變了熱量的傳遞路徑和傳遞速度，從而提高織物整體的熱傳導(dǎo)效率[57-58]。

Miao等[59]仿植物蒸騰作用以聚氨酯/氮化硼納米片(PU/BNNS)高導(dǎo)熱取向纖維為材料制備了具有多級互連網(wǎng)孔結(jié)構(gòu)的吸濕涼爽紡織品，高度取向的BNNS沿著互連的纖維網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建了豐富的傳熱通道，在干燥和潤濕狀態(tài)下均可實(shí)現(xiàn)優(yōu)異的散熱性能，與傳統(tǒng)織物相比展現(xiàn)出了明顯的提升。

Gao等[60]從導(dǎo)熱填料和導(dǎo)熱通道兩方面研究了3D打印熱調(diào)節(jié)取向氮化硼(BN)/聚乙烯醇復(fù)合材料(a-BN/PVA)，以改善紡織品的熱傳遞性能。該復(fù)合材料制備過程如下：首先將高導(dǎo)熱BN超細(xì)粉和PVA混合處理得到BN/PVA溶液，再將均勻BN/PVA分散體3D打印得到BN/PVA纖維，隨后在200 ℃的溫度下加熱并拉伸使得BN納米片高度取向，形成有效傳熱通道，最終得到具有高度取向的a-BN/PVA復(fù)合纖維。用激光紅外熱成像系統(tǒng)對纖維熱性能進(jìn)行定性分析，用波長為810 nm的激光作為點(diǎn)熱源向織物提供恒定輸入功率，由于纖維導(dǎo)熱系數(shù)不同，紅外測溫顯示a-BN/PVA復(fù)合纖維織物局部最高溫度(39.8 ℃)遠(yuǎn)低于商品棉(55.9 ℃)，表明a-BN/PVA織物具有優(yōu)異的熱傳導(dǎo)性能。采用a-BN/PVA纖維編織織物可將人體熱量有效地傳導(dǎo)到環(huán)境中實(shí)現(xiàn)降溫。

2.5 能量轉(zhuǎn)換裝置集成的調(diào)溫紡織品

與基于紡織品的熱濕管理概念不同，能量轉(zhuǎn)換的調(diào)溫紡織品是將微型能量轉(zhuǎn)換裝置集成在織物中，是發(fā)展個人熱濕管理可穿戴技術(shù)的重要途徑。將微型風(fēng)扇或液體等集成在服裝不同部位是一種較早的方式，通過增強(qiáng)熱對流或是熱傳導(dǎo)來達(dá)到降溫效果[61-63]，目前已經(jīng)得到市場初步應(yīng)用，但體積大、穿著笨重且舒適性欠缺。近年，Zhao等[64]報道了一種便攜式熱電能量轉(zhuǎn)換單元(TECU)的個人熱濕管理器，TECU單元能夠?qū)㈦娔苻D(zhuǎn)換為冷卻和加熱能，環(huán)境空氣被轉(zhuǎn)換為冷空氣(在冷卻模式下)或暖空氣(在加熱模式下)實(shí)現(xiàn)人體熱舒適，其中冷或熱空氣是通過編織成溫度調(diào)節(jié)內(nèi)衣的樹狀橡膠管網(wǎng)絡(luò)供應(yīng)，可實(shí)現(xiàn)24.6 W的個人冷卻功率和18.5 W的個人供暖功率，這種個人熱濕管理方法在建筑熱調(diào)節(jié)中顯示出巨大的節(jié)能潛力，為其他散熱器設(shè)計提供了研究參考。Hong等[65]提出了一種柔性可穿戴熱電設(shè)備(TED)設(shè)計，這種設(shè)計最大化了設(shè)備的靈活性，薄(6 mm)且輕(0.56 g/cm2)，TED集成到服裝中可提供超過10 ℃的降溫效果，與傳統(tǒng)的集中空間冷卻方式相比，TED和自動化的冷卻能力為個性化降溫提供了巨大的節(jié)能潛力。近年，導(dǎo)電紗線(不銹鋼紗線、石墨烯、碳纖維和鍍金屬紗線等)由于其柔韌性和可編織性，在智能可穿戴中得到了廣泛應(yīng)用，也是電加熱式個人熱濕管理的理想紡織品。許靜嫻等[66]采用鍍銀紗線織造了6款保暖服用電加熱針織物，該面料在6 V電壓下獲得了35 ℃的加熱溫度，起到一定的發(fā)熱保暖效果并能保證人體熱舒適性。Zhang等[67]通過熱拉伸制造的柔性超長熱電纖維，具有高度柔性性、力學(xué)穩(wěn)定性和較高的熱電性能，集成的可穿戴冷卻織物實(shí)現(xiàn)了最高 5 ℃ 的冷卻。這些工作能夠?yàn)槲磥碇悄芊b的廣泛應(yīng)用提供堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

2.6 水分管理紡織品

織物水分傳輸影響著人體的生理舒適性，人體產(chǎn)生的汗液會與織物發(fā)生潤濕、滲透、傳輸和蒸發(fā)4個過程，環(huán)境的溫度、濕度和風(fēng)速會影響濕熱交換。傳統(tǒng)織物存在汗液滲透速度慢和容易發(fā)生回滲等問題，無法對汗液進(jìn)行較好管理。棉纖維吸收汗液會發(fā)生溶脹，阻塞纖維之間的氣孔，影響人體與外界環(huán)境之間的熱濕交換，導(dǎo)致產(chǎn)生黏體感和濕冷感，影響舒適性且容易引發(fā)感冒[68]。近些年來，關(guān)于紡織品汗液傳輸?shù)难芯繉映霾桓F，例如吸濕快干織物、單向?qū)窨椢锏取Ｅ磙サ萚69]闡述了出汗速度、溫度、濕度、纖維組成、纖維形貌、織物結(jié)構(gòu)等因素對織物散濕性能的影響，為吸濕排汗織物研究提供了研究脈絡(luò)。然而，在汗液輸送過程中，對熱量的散失并沒有給予太多的關(guān)注。已有研究表明1 g水分蒸發(fā)時，可從人體表面帶走2.4 kJ潛熱，訓(xùn)練有素的運(yùn)動員出汗率高達(dá)3.5 L/h，當(dāng)處于高溫高濕環(huán)境或劇烈運(yùn)動過程中，出汗對人體體溫調(diào)節(jié)至關(guān)重要[23]。

單向?qū)窨椢飪?nèi)外層具備不同的潤濕性，由此產(chǎn)生的差動毛細(xì)效應(yīng)可單向?qū)ё咂つw表面汗液從而保持皮膚表面干爽。構(gòu)筑陣列孔徑是制備單向?qū)窨椢锏囊环N方式，Dai等[70]報道了一種具有非對稱親水性圓錐形微孔的疏水/超親水Janus聚酯/硝化纖維素織物，該織物嵌入具有親水性內(nèi)表面的錐形微孔陣列，可單向?qū)⑦^量汗液從疏水層運(yùn)輸?shù)匠H水層，實(shí)現(xiàn)定向液體傳輸并可以保持人體溫度穩(wěn)定(比棉織物高2～3 ℃)。Wang等[71]制備了一種具備大孔-微米孔-亞微米孔多級連通孔道的仿生多孔Murray單向?qū)窭w維膜，具有自驅(qū)動可逆重力定向?qū)?、快速吸放濕以及?yōu)異的內(nèi)層速干性能。隨后在親疏水層中間引入導(dǎo)流層以加快水分吸收和防止汗液回滲，用靜電紡絲技術(shù)制備了具有單向?qū)窆δ艿?層纖維膜功能性吸濕排汗紡織品，表現(xiàn)出優(yōu)異的單向?qū)窈涂旄尚阅?，可為穿著者提供一個干燥舒適的微氣候[72]，該研究為吸濕快干織物的開發(fā)提供了新思路。目前市場較為成熟的單向?qū)癞a(chǎn)品主要是通過不同親疏水性原紗的制備和吸濕排汗整理劑進(jìn)行后整理得到的，但單向?qū)裰笖?shù)仍有待提升。

3 結(jié)束語

具有熱濕管理的先進(jìn)功能紡織品在個人熱濕管理技術(shù)領(lǐng)域具有廣闊應(yīng)用前景，若能通過服裝調(diào)控人體局部熱濕實(shí)現(xiàn)舒適性，從而減少空調(diào)系統(tǒng)的使用，能夠節(jié)約能源又滿足個性化熱濕舒適性，適應(yīng)多樣環(huán)境又有靈活性。雖然用于個人熱濕管理系統(tǒng)的先進(jìn)功能紡織品得到了一定的發(fā)展，但目前仍存在一些問題：上述多數(shù)紡織品大規(guī)模制備困難，且難以解決熱量和汗液二者的優(yōu)化平衡，不足以適應(yīng)極端環(huán)境或是特殊場景，實(shí)際市場應(yīng)用不夠成熟；目前絕大多數(shù)紡織品的降溫/保暖評價多是采用實(shí)驗(yàn)室模擬皮膚測試的，而實(shí)際穿著的熱舒適性受多因素影響，對個人熱濕管理的評價體系還不夠完善；使用功能單一化，智能化設(shè)計不足。

通過總結(jié)和分析認(rèn)為未來相關(guān)研究發(fā)展方向可從以下幾個方面展開：1)集成多功能，將個人熱濕管理技術(shù)和功能防護(hù)服裝(防水、防風(fēng)、阻燃和抗菌等)結(jié)合起來，以適應(yīng)更多的應(yīng)用場景，如進(jìn)一步提高野外作戰(zhàn)服、醫(yī)用防護(hù)服、戶外運(yùn)動服和消防服等實(shí)際應(yīng)用；2)完善個人熱濕管理系統(tǒng)評價體系，開發(fā)新型變溫暖體假人或采用真人著裝試驗(yàn)法進(jìn)一步評價織物降溫/保暖效果；3)隨著智能可穿戴技術(shù)的發(fā)展，可將用于個人熱量管理的高級紡織品、能量收集技術(shù)和柔性電子設(shè)備集成在一起，可監(jiān)測各種的生物信號(溫度、肌電圖，心電圖和皮膚電活動等)以進(jìn)行后續(xù)控制和調(diào)整，實(shí)現(xiàn)具有多種功能的下一代智能服裝。