问题:高温环境下人体热负荷增加,户外作业、应急救援、运动训练等场景对“轻薄而有效”的降温需求日益迫切。
长期以来,借助相变材料吸收与释放热量实现主动调温,被认为是个人热管理的重要方向。
然而,相变材料进入纤维与织物体系后,往往面临“储热密度越高越不牢、越容易渗漏;越要稳固就越难调温”的两难,导致实验室成果难以转化为可裁剪、可缝制、可批量生产的产品。
原因:相变材料在特定温度区间会发生固液转变,吸热时更易流动,若缺乏有效约束,便会出现渗漏与性能衰减;同时,相变体系的导热路径不足,会降低热量进出速度,影响体感响应。
过去常用微胶囊包覆等方式提升稳定性,但在高储热与高强度、可加工之间仍难兼得,成为制约可穿戴应用的关键瓶颈。
影响:邹如强团队的最新研究为破解上述权衡提供了新的材料设计路径。
团队在相变体系中引入微量碳纳米管,构建兼具支撑与导热功能的纳米骨架;同时搭建三维互穿聚合物网络,对相变小分子进行空间限域,使其在受热熔融后仍被稳定“锁定”,从结构层面降低渗漏风险。
实验显示,所制相变纤维在保持高储热能力的同时,仍具备良好柔韧性与力学延展性,能够满足纺织品对弯折、拉伸和耐久的综合要求。
在穿戴测试中,该材料织造成的服装于盛夏正午日照条件下,相较普通聚酯材质呈现更低的表面温度表现;在多次相变循环后,储热性能保持稳定,体现出面向长期使用的可靠性。
对策:面向应用落地,研究团队同步考虑工艺适配与制造可行性。
相关纤维可与现有纺织设备兼容,在织造、裁剪、缝制等环节具备较高完好率,有助于降低产业化门槛。
业内人士认为,下一步需围绕三方面协同推进:其一,建立面向不同气候与作业强度的温区设计与评价体系,明确舒适性指标与安全边界;其二,完善耐洗涤、耐汗液、耐紫外等服役环境测试标准,推动与防护、户外、运动等行业规范衔接;其三,在规模化生产中进一步优化成本与一致性控制,形成稳定供应链与可追溯质量体系。
前景:随着极端高温事件增多和节能降耗要求提升,材料端的“被动保温”正向“主动调温”转变。
相变纤维若实现稳定量产,有望在消防救援与高温作业防护、航天与极端环境保障、竞技运动与医疗康复等领域形成新的装备能力,并可拓展至建筑围护与储能调峰等方向,为降低制冷能耗、提升热舒适与安全防护水平提供支撑。
业内预计,伴随材料设计、纺织工艺与标准体系逐步完善,“会调温”的织物将从概念验证走向更多真实场景,成为新型功能纺织品的重要增长点。
这项源自中国实验室的原创技术,不仅改写了相变材料的发展轨迹,更彰显出基础研究支撑产业升级的示范价值。
当科学家的微观探索与国家的宏观战略同频共振,那些曾被视为科幻的场景正加速照进现实。
在应对气候变化与提升人类生存质量的全球议题中,中国创新正在贡献独具智慧的解决方案。