美国科研团队研发出「自动控温」新材料，让 T 恤秒变羽绒服
深圳湾导读 | 如今的服装不再只是为蔽体御寒而生，各种特殊面料、可穿戴科技开始与服装结合，并以个性化的设计满足人性化的创新产品需求，最近，美国的 Otherlab 科研团队研发了一款「热适应材料」，能够根据环境温度动态地改变其隔热性能，实现自动控温，让你摆脱穿衣尴尬的局面。
春天来了，可却陷入了「多穿一件热，少穿一件冷」的尴尬状态，但最近，美国的 Otherlab 科研团队在 ARPA-E 能源创新峰会展示了一种「热适应材料」，能够根据环境温度动态地改变其隔热性能，实现自动控温，让你摆脱穿衣尴尬的局面。其实，对功能性服装面料的研发者不在少数，MIT 的 Self-Assembly Lab（自我组装实验室）前不久就推出了一种名 Active Auxetic 的多孔材料，可以用来应对四季温度变换，这种智能材料是基于编程指令设计，能通过编程使材料「自我组装」，改变材料之间的间隙从而能适应不同的温度环境。
MIT 研发可应对四季的 Active Auxetic 多孔材料
而 Otherlab 团队研发的这项成果，没有加入任何的电路元件、化学物质，以及机械系统，只是使用了一些普通的合成纤维而已。但其特别之处是，这些普通的纤维都是经过研发人员的精心编织，因此形成了一种特殊的结构层，当温度变化时，其中一种纤维伸展速度快于另一种纤维，能引起织物层的长度发生显著变化。
一旦外界温度降低时，织物整体会收缩，中部形成的空腔能储存大量的空气，而空气能提高织物的保温性；当温度上升时，织物整体会伸展开来成薄薄的一层，以此降低了织物保温性，同时也还提高了织物的透气性。
织物的整个「变身」过程只需约一分钟，但隔热能力却是变化了 3 倍，这相当于一件 T 恤秒变羽绒服，完全能应对 15℃ 的温度变化。更重要的是，纤维热膨胀的特性还不会因磨损、洗涤或折皱而消失。另外，Otherlab 团队还表示，会将这种材料批量生产为成衣，预计明年年底，就有人能穿上自动控温的服装了。如今的服装也不再只是为蔽体御寒而生，各种特殊面料、可穿戴科技开始与服装结合，并以一种个性化的设计来满足人性化的创新产品需求，而这也是未来服装市场上一个势不可挡的潮流趋势。
首个！制造出可以根据环境自动升降温或隔热的衣服！
尽管几十年来，高科技热性能面料不断创新，使马拉松运动员保持凉爽或高山徒步旅行者保持温暖，但从来没有一种材料能根据环境的变化改变其绝缘性能。直到现在，马里兰大学的研究人员发明了一种可以自动调节穿过它热量的织物。在温暖潮湿的环境下，比如在出汗的身体附近，织物允许红外辐射(热量)通过。当天气变得凉爽干燥时，织物会减少散发的热量。这一进展发表在2019年2月8日的《科学》上。研究人员用涂有导电金属的特殊工程纱线制成这种织物。在湿热的条件下，纱线会收缩并激活涂层，从而改变织物与红外辐射的相互作用方式。研究人员把这种作用称为红外辐射的“门控”，它作为一个可调谐的盲板来传输或阻挡热量。
博科园-科学科普：UMD的化学和生物化学教授王玉煌(音译)说：这是第一项允许我们动态屏蔽红外辐射的技术。这种新型纺织品的底纱是由两种不同的合成材料制成的纤维制成，一种材料吸水，另一种材料防水。碳纳米管是一种特殊的轻质碳基导电金属。因为纤维中的物质既能抵抗水分又能吸收水分，所以当纤维暴露在潮湿的环境中，比如出汗的身体周围，纤维就会发生翘曲。这种变形使纱线更紧密地结合在一起，这有两个作用。首先打开织物上的毛孔，这有一个小的冷却效果，因为它允许热量逃逸。其次，也是最重要的一点，它改变了涂层中碳纳米管之间的电磁耦合。可以把这种耦合效应想象成无线电天线的弯曲，从而改变与之共振的波长或频率。
这是一种非常简单的思考方式，但是想象一下把两个天线靠得很近来调节它们接收到的电磁波。当纤维靠得更近时，它们所受到的辐射就会发生变化。在服装中，这意味着面料与人体散发的热量相互作用。根据调节的不同，这种织物要么阻挡红外辐射，要么允许它通过。这种反应几乎是瞬间产生，所以在人们意识到自己变热之前，衣服就已经在给他们降温了。在另一方面，当一个物体冷却下来，动态门机制在反向工作，以捕捉热量。这篇论文的另一位通讯作者，UMD的物理学教授闵欧阳说：人体是一个完美的散热器。纵观历史，调节散热器的唯一方法就是脱掉或穿上衣服，但这种结构是真正的双向调节器。根据《科学》的这篇论文，这是首次证明纺织品能够调节与环境的热交换。
德克萨斯大学(University of Texas)化学教授雷·鲍曼(Ray Baughman)说：这项开拓性研究工作为调节舒适的衣服提供了一种令人兴奋的新特性，纺织品会随着汗液或温度的升高而增加孔隙度，同时纺织品也会传输与体温相关的红外辐射。然而之前还没有人找到一种方法来改变纺织品的孔隙度和红外透明度，从而根据环境条件提供更多的舒适性。在这种织物商业化之前还需要做更多的工作，但据研究人员称，用于基纤维的材料很容易获得，而且在标准染色过程中很容易添加碳涂层。能够将这种‘门控’现象应用到一种能够改善服装和其他面料功能的纺织品开发中，非常令人兴奋。
博科园-科学科普｜研究/来自: 马里兰大学
参考期刊文献:《科学》
DOI: 10.1126/science.aau1217
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会“智能调温”的纤维，才是真的“冷暖自知”
在之前的文章中，我们介绍过四种与温度有关的纤维，他们有的保温性能超强，有的可以吸湿发热，有的能够捕捉热量、提高携氧量，还有的自带冰凉感，给消费者带来更多选择。本期我们将继续介绍与温度有关的那些纤维，不同的是，本期介绍的纤维科技感更足，能够实现智能调温，在热的时候帮助降温，在冷的时候实现升温，尽可能地让人体保持在舒适的微气候中。
37.5®科技产品工作示意图
一种追求37.5温湿度的纤维
本季，丹宁权威品牌CK (Calvin Klein) 推出利用恒温37.5®科技技术制作的新面料，能够加强身体自然保温系统，打造最前沿的舒适体验。单品包括牛仔裤、牛仔外套、T恤等。
采用37.5®科技的床品
什么是恒温37.5®科技？37.5®活性粒子取材天然，将火山砂或椰壳活性炭粒子嵌入纤维中，可以大大增加纤维的比表面积，加速汗液向气体转化的速度，从而实现在人体温度过热或过冷时自动调节温度。当人体感觉到热的时候，这些粒子可以吸收能量帮助降温，而当人体感到冷的时候，还可以辅助储蓄能量保持一定的温度。除了保证温度舒适之外，37.5®科技产品还具有更快的干燥速度，能够更有效地保持人体的干爽，使人体持久处于舒适状态中。
采用37.5® 科技的枕头
37.5®科技可以让皮肤表面的微气候保持在最佳相对湿度37.5%，并且37.5®活性粒子会永久性嵌入在纱线中，永远不会被洗掉或失效。利用该技术制作的纤维或面料，可应用于工作服、运动装、家纺等领域。例如，研究人员将37.5®活性粒子与尼龙结合，再将镶嵌有这些活性粒子的尼龙层叠在100％紧密纺制的新西兰美利奴羊毛之间，制造出一种保持舒适湿度的袜子；而west elm、sleep number、HYPNOS等众多家纺品牌纷纷采用该技术进行产品研发，以提供透气性和湿度管理，保证理想的微气候，让消费者享受宁静的睡眠。
采用37.5®科技的纤维
一种既智能又环保的纤维
据报道，瑞士纺织创新公司HeiQ与运动机能头饰品牌BUFF，推出新的CoolNet UV+舒爽、凉感布料。该布料由回收的超细聚酯纤维制成，搭配HeiQ Smart Temp感温型智慧材料，在帮助消费者抵抗太阳光紫外线的同时，还能维持头部舒爽。
HeiQ开发的创新功能聚合物提供独特的响应材料，可根据温度改变其性能，动态蒸发水分，补充皮肤调节体温的自然能力，实现持续的冷却效果。在20℃和35℃下比较两种未经处理的样品，尽管温度相差15℃，但他们仍以相似的方式蒸发和干燥，这是因为纺织品的温度调节是被动的，并且随着温度的升高不会改变蒸发速率。相反，如果比较HeiQ Smart Temp处理过的样品，就会发现样品在较高温度下干燥得非常快，而在较低的温度下却慢得多。这要归功于HeiQ Smart Temp的动态特性，即在更高的皮肤温度下，蒸发和冷却得更多。
智能调温头套
搭配HeiQ Smart Temp技术的智能调温面料可在40℃下机洗，并适用于任何受益于活跃温度和湿度调节的环境，应用领域包括运动服、内衣、床垫、床上用品等。“HeiQ和BUFF拥有共同的质量和可靠性愿景。我们很高兴能够一起开发出新的CoolNet UV +®面料，通过HeiQ智能调温技术让消费者保持干爽和感觉凉爽。”HeiQ的首席销售官Christian von Uthmann说道。
一种搭载相变材料的纤维
相变调温纤维利用物质相态转变时吸收或放出热量的原理，双向调节身体微环境温度，在环境温度较高时具有吸热功能，在环境温度较低时具有放热功能。美国Outlast技术公司与德国特种纤维制造商Kelheim纤维公司共同研制的Outlast®纤维，就是一种通过相变调节温度的纤维，使用微胶囊包裹热敏相变材料碳氢化蜡，随着温度变化，发生固态、液态的相互转化，从而达到吸热、放热的效果。
相变调温纤维
在国内，青岛邦特生态纺织科技有限公司也开发了一种类似的纤维——Tempsense相变调温纤维。该纤维是以微胶囊包覆相变材料技术为依托的一种智能调温再生纤维素纤维。不同于无机生命，其具有“感知”能力，以潜热交换的方式吸收或释放热量，双向调节肌肤微环境温度，使人体处于舒适的温度范围，实现冬暖夏凉、四季如春的效果。经温度检测，调温面料与普通面料的最大温差达4℃。因其性能稳定，已在家纺、填充、婴童、衬衫、内衣、T恤等多个领域广泛应用。
一种能够控制热量传输的纱线
据报道，马里兰大学的研究人员用涂有导电金属的特殊工程纱线制成了一种可以自动调节穿过其热量的织物。在湿热的条件下，纱线会收缩并激活涂层，从而改变织物与红外辐射的相互作用方式。研究人员把这种作用称为红外辐射的“门控”，是一个可调谐的盲板，可以传输或阻挡热量。
自动升降温的面料1
这种新型纺织品的底纱是由两种不同的合成材料制成的纤维制成，一种材料吸水，另一种材料防水，同时碳纳米管作为一种特殊的轻质碳基导电金属涂覆在底纱上。因为纤维中的物质既能抵抗水分又能吸收水分，所以当纤维暴露在潮湿的环境中，比如出汗的身体周围，纤维就会发生翘曲，使纱线更紧密地结合在一起。这样会产生两个作用：一是打开织物上的毛孔，出现一个小的冷却效果，因为其允许热量逃逸；二是改变了涂层中碳纳米管之间的电磁耦合，可以把这种耦合效应想象成无线电天线的弯曲，从而改变与之共振的波长或频率。
自动升降温的面料2
在服装中，这意味着面料与人体散发的热量相互作用。根据调节的不同，这种织物要么阻挡红外辐射，要么允许其通过。这种反应几乎是瞬间产生，所以在人们意识到自己变热之前，衣服就已经在给他们降温了。也就是说，纺织品会随着汗液或温度的升高而增加孔隙度，同时纺织品也会传输与体温相关的红外辐射。而当人体冷却下来时，动态门机制开始反向工作，以捕捉热量。