为了满足人体的热湿舒适感，各种新材料（如热湿响应材料、光谱选择性材料和相变材料等）被应用于热湿管理纺织品的开发。然而，目前的主流策略仍然主要集中在材料研发上，纺织品的多尺度结构特性尚未得到充分利用。此外，由于各种材料的低扩展性、服用性能不足以及较高的成本，热湿管理纺织品的广泛应用受到了限制。
最近，江南大学纺织研究所孙丰鑫研究团队联合香港城市大学胡金莲研究团队，通过纱线捻曲形态和线圈手性螺旋的纺织多级结构调控，设计了具有湿响应孔隙调节的“超百叶”织物，实现了具有全天候热湿调控的智能纺织品开发。该织物可根据环境湿度自发地切换热湿流通的开关模式：当该超织物接触出汗的皮肤，纱线驱动器吸湿后主动退捻，诱导螺旋线圈实现同手性翻转，从而打开织物孔隙，提高织物的水汽传导和热量散失；在凉爽天气皮肤干燥时，纱线人工肌肉恢复原状，使螺旋线圈反向转动，关闭织物孔隙以实现保暖功能。此外，这种基于结构设计实现自响应功能的策略对其他传统纺织材料具有一定的通用性，有望为基于多级结构和尺度关联机制的超材料设计提供新的思路。
相关研究成果以“Hierarchically Programmed Meta-Louver Fabric for Adaptive Personal Thermal Management”为题，在线发表在《Advanced Functional Materials》期刊上。江南大学纺织研究所的硕士研究生赵紫梦为论文的第一作者。
图1：源于百叶窗的设计灵感，实现基于分级结构设计的超百叶织物并用于热湿管理纺织品。
图2. 单螺旋粘胶纱线驱动器的纺制过程及其基本驱动性能。
图3. 超百叶织物的多级结构关联与多尺度响应机制解析。
图4. 基于透气性、透湿性和红外透射效果的超百叶织物的热湿管理性能分析。
图5. 超百叶织物用于运动鞋鞋面的热湿管理。
综上所述，论文通过分级结构设计和结合柠檬酸与水性聚氨酯的协同处理，开发了一种湿响应热湿管理超织物。研究表明，酸化处理稳定了单螺旋粘胶纱线致动器的捻曲结构，通过应力工程和水性聚氨酯塑形构建了同手性螺旋线圈结构，从而最大限度地发挥了织物的孔开关效果。织物孔隙的湿响应切换功能可以在人体出汗时提供凉爽感，在寒冷条件下人体无汗或少汗时提供温暖感。在此基础上，我们进一步展示了这种超百叶织物在不同环境条件下的热对流、蒸发和辐射方面的自适应热调节性能。该超百叶织物在作为智能热调节纺织品的商业应用中，如服装、袜子和鞋面，展现出了可观的应用前景。这一策略为通过多尺度结构工程制造智能纺织品提供了新的视野。
文章链接：
https://doi.org/10.1002/adfm.202404721
