摘要：在气候变化加剧和能源危机日益严峻的背景下，开发能够维持人体热舒适性的织物具有重要意义。热舒适区是衡量人体舒适性的重要指标，定义为维持人体皮肤温度 32−36℃的环境温度范围。目前很多研究设计了织物来实现人体的降温/加热。然而传统的织物由于无法动态响应环境变化，

在气候变化加剧和能源危机日益严峻的背景下，开发能够维持人体热舒适性的织物具有重要意义。热舒适区是衡量人体舒适性的重要指标，定义为维持人体皮肤温度 32−36℃的环境温度范围。目前很多研究设计了织物来实现人体的降温/加热。然而传统的织物由于无法动态响应环境变化，不仅会导致健康风险，还会显著增加空调能耗（研究表明，室内温度设定点每调整 ±1°C 可节能 7.5%）。因此，科研人员致力于开发新型热调节织物，热调节织物主要分为两类：主动式热调节织物依赖于能源的输入，而被动式热调节织物的热舒适区间有限。值得注意的是，汗液作为天然的温控信号，为开发新型智能织物提供了新思路。然而，如何在不影响穿着舒适性的前提下，同时实现红外辐射和汗液蒸发的调控，仍是该领域待突破的难题。

针对这一挑战，南京大学朱嘉/朱斌团队联合武汉纺织大学徐卫林/张骞团队设计了一种被动式汗液响应热调节织物（PSRT），采用具有单向液体传输特性的PA6/金属双层结构设计，能够同时调控中红外发射和汗液蒸发，从而在动态环境中获得巨大的热舒适区间拓展。具体而言，该织物能在低温环境下（加热模式）通过低发射率（~0.233）有效减少热辐射损失实现加热，而在环境温度升高或是人体出汗时自动切换成高发射率（~0.955）状态，增强辐射散热加快汗液蒸发实现降温效果。实验证明，该织物的热舒适区间达到24.7 ℃，创下被动式热调节织物的记录，远超传统棉织物的调节能力。

该研究以题为“A Passive Sweat-Responsive Thermoregulatory Textile with the Largest Thermal Comfort Zone”的论文发表在《ACS Nano》期刊上。

被动式汗液响应热调节织物示意图及切换机制

该织物采用独特的双层结构设计，通过汗液触发的智能响应实现热调节功能。在低温环境中，顶层PA6膜保持红外高透过特性而底层的金属层发挥红外高反射作用，使织物整体呈现低发射率，有效地减少辐射损耗实现加热的效果。当环境温度升高或是人体剧烈运动时，大量汗液产生，汗液通过汗液通道从皮肤侧单向传输到PA6层，让PA6膜从红外高透射切换到高发射态。这种转变不仅显著增强辐射散热，汗液通道的设计也促进汗液蒸发，通过辐射和蒸发协同作用实现降温效果。当停止产生汗液时，PSRT织物自主切换回低发射率从而实现加热的效果。

图1. PSRT织物示意图。(a) PSRT织物在温度变化的动态环境中维持人体体温稳定。(b) PSRT织物加热模式示意图。 (c) PSRT织物降温模式示意图。 (d) PSRT织物孔隙内修饰的超亲水无纺布实现单向汗液传输。(e) 含有不同汗液含量的PSRT织物的理论中红外发射率。

PSRT织物的材料设计和结构表征

PSRT织物能够实现汗液从Cu层（皮肤侧）到PA6层的快速单向传输，从而实现发射率由0.233到0.955的快速切换。此外，PSRT织物的汗液蒸发速率相较于商用棉实现20%的提升，且达到接近裸露皮肤的效果。优异的光谱性能和蒸发速率为实现良好的降温和加热性能提供保障。

图2PSRT-Cu织物的表征： (a)顶层PA6纤维层的扫描电子显微镜（SEM）图像； (b)微孔中修饰的无纺布SEM图像； (c) PSRT-Cu织物的照片； (d)汗液通道横截面的SEM图像； (e)水滴落到Cu层时的实时含水量； (f)水滴落到PA6层时的实时含水量； (g)水滴落到经无纺布修饰孔隙的Cu层上后，会立即穿过PSRT-Cu纺织品；(h)水滴落到PA6层上后，仅在PA6层中横向扩散；(i) PSRT-Cu织物在加热和制冷模式下的实测可见光透射率（左轴，断点前）和中红外发射率（右轴，断点后）光谱； (j)在恒定功率密度（476 W m⁻²）下，模拟皮肤上各种织物的水分蒸发速率。

PSRT织物的稳态加热和降温性能

通过模拟皮肤的测试，我们对PSRT织物进行了稳态加热和降温性能的评估。在加热模式下，被PSRT织物覆盖的模拟皮肤相较于棉实现1.3-2.9 ℃的提升。在降温模式下，被PSRT织物覆盖的模拟皮肤实现相较于棉5.0-6.0 ℃的降温，达到接近裸露皮肤的降温效果。PSRT织物能够在加热模式和降温模式下都能展现出优越的性能。

图3. PSRT-Cu织物的稳态加热和制冷性能。(a) 加热模式下实验装置示意图。(b) 加热模式下覆盖PSRT-Cu织物、涤纶、棉及未覆盖织物的模拟皮肤在不同代谢热下的稳态温度。(c) 制冷模式下实验装置示意图。(d) 制冷模式下在恒定代谢热（476W·m⁻²）及不同出汗率条件下，覆盖PSRT-Cu织物、涤纶、棉及未覆盖织物的模拟皮肤的稳态温度。(e) 加热模式下覆盖PSRT-Cu织物、棉及未覆盖织物的模拟皮肤在不同皮肤温度下的热流。(f) 制冷模式下（模拟皮肤温度：37℃）覆盖PSRT-Cu织物、棉及未覆盖织物的模拟皮肤在不同出汗率下的热流。

PSRT织物在动态场景下的热调节

图4. PSRT-Cu纺织品在动态条件下的温度调节性能。裸露皮肤、棉和PSRT-Cu织物在动态环境中（a）加热模式和（b）制冷模式下的实时温度曲线。（c）裸露皮肤、棉和PSRT-Cu织物的热舒适区。（d）PSRT-Cu织物和棉在恒定环境温度（约23℃）下进行不同代谢热的加热-制冷-加热循环测试。（e）以商用棉为基准，PSRT-Cu织物的年度节能性能。

PSRT织物的实际应用展示

针对实际应用，设计了基于棉的PSRT-Ag织物，通过丝网印刷银浆层和亲水点焊汗液通道实现规模化生产。该织物在加热模式下发射率为0.484，遇汗液可快速切换至高发射率0.932，且汗液蒸发速率比棉快20%，接近裸露皮肤的效果。为模拟人体穿衣效果在暖体假人上进行测试，该织物能在加热模式下实现相较于棉2-3.7 ℃的加热优势，而在降温模式下实现1.3-1.7 ℃的降温优势。通过实际人体测试，在运动状态变化的情况下，红外相机记录其动态调控的过程，可以看到在静止状态下PSRT-Ag织物能实现相较于棉1.9 ℃的升温，而在运动出汗过后又能实现1.4 ℃的降温优势。此外，在环境温度变化的环境中，在低温环境（23℃）中可提升体感温度2℃，高温环境（28 ℃）下则能降低2℃。

图5. PSRT-Ag织物在实际穿戴场景中的演示。(a) 基于棉的PSRT-Ag织物的制造工艺。(b) PSRT-Ag织物的照片。(c) 暖体假人上的棉/PSRT-Ag织物背心的照片。(d) 暖体假人上测试的覆盖PSRT-Ag织物、棉和未被覆盖的皮肤在加热和制冷模式下的温度曲线。(e) 志愿者穿着由棉和PSRT-Ag织物组成的背心在不同运动状态下的红外图像。(f) 动态环境中背心覆盖的皮肤的温度变化。

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来源：高分子科学前沿一点号1