英文原题：Flexible and Robust Biomaterial Microstructured Coloured Textiles for Personal Thermoregulation

通讯作者：陶光明，华中科技大学

作者：Jiawei Wu, Run Hu, Shaoning Zeng, Wang Xi, Shiyao Huang, Junhui Deng, Guangming Tao

能源消耗和气候变化问题是二十一世纪人类社会面临的严峻挑战，能源的高消耗将直接导致温室气体的过度排放，扰乱气候平衡。为了维持人体热舒适，一般采用暖通空调（HAVC）等传统空间热调控方式实现，这种对整个空间供热和制冷的方法不仅能耗高，局限于室内场合，还无法同时满足不同人因身体差异对室温的个性化需求。因此，研究低能耗甚至无能耗的温控技术逐渐成为一种绿色环保、高科技、个性化的人体热管理方案，具有重要的科研价值和应用前景。

人体热量从皮下组织传导到皮肤，再通过衣物作为皮肤与周围环境的边界进行热量散发，从而维持人体的动态热平衡。因此，通过衣物进行个人热管理将成为满足人体个性化热舒适需求的节能环保新方式。想象一下，在未来我们仅需要穿着一件衣服就可以适应变幻莫测的天气，让穿着者在正午高温和夜晚低温时均保持舒适。为此，科学家们进行了大量的研究工作，但目前已报道的温控织物大多存在体积大、质量重、耐磨性差、成本高、无法大批量制备等缺点，且不能简单易行地同时实现无源保暖和制冷功能。

零能耗智能温控织物示意图

近日，华中科技大学陶光明教授、胡润副教授带领的研究团队（Center for Advanced Functional Fibers, CAFF）制备出一种轻质防水、柔软舒适的彩色智能织物，可对皮肤实现零能耗的保暖和降温。研究人员采用亲肤的蚕丝蛋白为原料，通过冷冻纺丝法科学地设计调控纤维内微纳结构，制备出具有高内部孔隙率和低导热系数的微结构纤维，实现优异的隔热保暖性能。进一步在纤维微结构中集成温控相变材料并包覆PDMS涂层，利用相变材料吸收、储存和释放热的性能实现同时具备结实耐磨、柔软防水、零能耗智能调温的复合温控纤维（图1）。此外，采用原液染色技术也可在维持原有优异特性的基础上得到色彩丰富的微结构纤维。通过先进编织工艺所制备的微结构纤维（MF）织物在-20 - 90℃范围内具有良好的双向隔热性能，其隔热性能随着织物层数的增加而增加（图2）。微结构纤维内部集成的相变材料不仅可以显著延缓环境温度的升高或降低的速度，大大降低温度波动程度，还具有良好的循环使用稳定性。为测试这些纤维对人体皮肤温度的调控性能，研究人员将编织好的织物内嵌入聚酯手套中（图3）。当戴手套的人把手放在50℃的环境中时，固体的PEG从环境中吸收热量，冷却织物下覆盖的皮肤；而当手移动到10℃的冷环境时，PEG就会凝固，同时释放热量，使皮肤感觉温暖。在热环境和冷环境的交替测试中，温控织物在无外部电源的输入情况下，利用独特的微结构设计和相变材料的高度复合，有效地实现了人体温度的“智能管理”。

图1. 微结构纤维的制备及原理示意图。

图2. 微结构纤维截面形貌图和隔热保暖测试。（a）微结构纤维截面示意图。（b）单层和双层织物在不同温度下的红外图像。（c）单层和双层织物在不同温度下与基板温度差曲线。

图3. 复合温控纤维截面形貌图和温度调节能力测试。（a）复合温控纤维截面示意图。（b）复合温控织物的加热和冷却时温曲线。（c）手套在冷热环境中的时温曲线。

该团队所制备的智能温控织物兼具优异的温度调控性、耐磨性及机械稳定性，可应用于人体温度管理，在满足人体热舒适性需求的同时减少能源消耗，极大地提高人们的生活质量。接下来研究人员将采用与现有纺织工业更兼容的、通用的纺织纤维制造工艺，将零能耗智能温控功能赋能到更广义的织物上，比如篷盖布、雨伞、鞋子、家用纺织品、装饰布艺制品、手套、帽子、袜子、箱包、毯子、布艺玩具、灯饰、纺织工艺品等。这项工作为基于个人热管理的纤维织物的实际应用奠定了基础，相关后续应用与拓展工作也正在展开，通过科学地设计纤维内部结构，可实现该工艺与工业化纤维制备技术的完美结合，进一步推动经济环保的可穿戴技术和舒适节能的织物产业发展。