在日常生活中,我們常常會(huì)遇到這樣的困擾:炎熱的夏天,衣服因出汗而黏膩悶熱;寒冷或潮濕的天氣里,又容易變得濕冷難耐。傳統(tǒng)紡織品往往只能被動(dòng)地隔熱或吸濕,難以像人體皮膚那樣主動(dòng)感知環(huán)境與身體狀態(tài)并進(jìn)行協(xié)同調(diào)節(jié)。那么是否能夠創(chuàng)造出一種“聰明”的布料,在不同氣候和生理?xiàng)l件下自動(dòng)調(diào)節(jié)溫度與濕度,實(shí)現(xiàn)真正的“全天候舒適”?讓紡織品同時(shí)感知外界溫度與人體信號(hào)(如出汗或寒戰(zhàn)),并實(shí)現(xiàn)兩者的動(dòng)態(tài)協(xié)調(diào),是當(dāng)前智能紡織研究面臨的重要挑戰(zhàn)。
鑒于此,江南大學(xué)孫豐鑫研究團(tuán)隊(duì)及其合作者提出一種基于結(jié)構(gòu)–材料協(xié)同策略的分層邏輯門控智能紡織品,能夠通過(guò)邏輯計(jì)算整合水分觸發(fā)的織物孔徑開關(guān)(開啟/關(guān)閉)與溫度依賴的梯度潤(rùn)濕調(diào)控,實(shí)現(xiàn)對(duì)環(huán)境溫度與人體出汗等生理信號(hào)的協(xié)同響應(yīng),模擬人體的熱調(diào)節(jié)過(guò)程。該紡織品通過(guò)“與(AND)”邏輯整合環(huán)境與生理輸入,可在冷熱濕等多變條件下自主切換制冷與保溫模式,從而動(dòng)態(tài)維持人體微環(huán)境的熱平衡。且該設(shè)計(jì)具備良好的紡織工業(yè)生產(chǎn)的兼容性與大宗材料適配性,可應(yīng)用于多種纖維體系,為開發(fā)新一代具備自適應(yīng)與自動(dòng)熱調(diào)節(jié)功能的智能可穿戴材料提供了通用且可擴(kuò)展的策略。
相關(guān)論文以“Hierarchically Engineered Smart Textiles with Dual-Responsive Logic Gating for All-Weather Adaptive Thermal and Moisture Regulation”為題發(fā)表在Advanced Functional Materials上,江南大學(xué)紡織結(jié)構(gòu)材料交叉技術(shù)研究室研究生呂家安為論文第一作者。
研究團(tuán)隊(duì)以人體熱調(diào)節(jié)機(jī)制為靈感,構(gòu)建了具有“與(AND)邏輯”響應(yīng)機(jī)制的紡織系統(tǒng),通過(guò)同時(shí)感知溫度與濕度來(lái)判斷是否開啟散熱或保溫模式,從而避免傳統(tǒng)單一刺激響應(yīng)材料在復(fù)雜環(huán)境下的誤判?椢锝Y(jié)構(gòu)包括以粘膠為外層、聚酯為內(nèi)核的雙螺旋鞘芯仿生人工肌肉(SF-YAM),其可在濕度變化下發(fā)生可逆扭轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng),實(shí)現(xiàn)織物線圈孔徑的大尺度自動(dòng)開閉。同時(shí),織物表面引入溫度響應(yīng)高分子PDMAPS,通過(guò)調(diào)控界面潤(rùn)濕性,使織物在高溫時(shí)呈親水性(促進(jìn)散熱),低溫時(shí)轉(zhuǎn)為疏水性(防水保溫)。該織物在熱、冷及雨天等多種條件下均可自主切換冷卻與保溫模式,具備優(yōu)異的空氣滲透性、水汽傳輸和紅外調(diào)控性能。

圖1. 面向全氣候自適應(yīng)熱濕管理的雙響應(yīng)智能熱濕調(diào)節(jié)紡織品的設(shè)計(jì)概念與先進(jìn)性


圖2. 紗線人工肌肉(SF-YAM)的仿生設(shè)計(jì)、制備與性能。
圖3. 邏輯門控智能紡織品(HET)織物的層級(jí)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與濕度驅(qū)動(dòng)機(jī)理示意。展示從纖維到織物在干濕狀態(tài)下的可逆結(jié)構(gòu)變化、螺旋線圈變形機(jī)制、不同針織結(jié)構(gòu)(平針、反針、羅紋)的形態(tài)差異及其孔隙率變化。

圖4. HET紡織品的吸濕響應(yīng)熱管理性能表征

圖5. 溫控智能紡織品的制備及性能表征。

圖6. HET紡織品在全天候熱濕管理中的應(yīng)用
總結(jié):該研究通過(guò)分級(jí)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)結(jié)合熱濕雙響應(yīng)邏輯門控,成功構(gòu)建了一種能模擬人體溫控機(jī)制的“物理邏輯智能”紡織品。它不僅展示了優(yōu)異的熱濕管理性能,有助于解決傳統(tǒng)熱濕管理織物在復(fù)雜環(huán)境下響應(yīng)單一、易誤觸發(fā)的問(wèn)題,也為多功能纖維材料、自適應(yīng)可穿戴設(shè)備的發(fā)展提供了新的技術(shù)路徑。
論文鏈接:https://doi.org/10.1002/adfm.202512128
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