苏州大学张克勤、汪晓巧和胡建臣团队Adv Fiber Mater综述—热管理功能纺织品:巧用温差发电,能量自取自新!
发布时间:2025-12-25 16:37:08 来源:sg智能服装 浏览量:253

科技正在重新定义衣物的作用,它不再是简单的御寒蔽体。随着智能材料与纳米技术的发展,纺织品逐渐从被动的防护品,转变成为能够动态感知外界温度变化、智能调节温湿度的“第二皮肤”。但关键问题在于如何在保留衣物原有形态的同时,实现高效可穿戴热管理——既维持人体舒适温度,又回收散失热能。这不仅突破传统纺织边界,更为构建可持续的个人微环境奠定关键一步。

近期,苏州大学张克勤教授团队在Advanced Fiber Materials上发表了题为“Wearable Passive Thermal Management Functional Textiles: Recent Advances in Personal Comfort and Energy Harvesting Applications”的综述文章。该综述将“被动体温调节”与“废热回收”纳入统一热管理框架,为下一代智能织物立标。系统梳理了穿戴微环境热传递四通道:辐射、传导、对流、蒸发;深入剖析辐射调控、相变、高导热/绝热、智能响应四类纤维的温控机制与前沿进展;并着重阐述集成热电发电机(TEGs)的织物,揭示其如何借塞贝克效应将人体与环境温差直接转化为电能,持续驱动可穿戴电子。文章指出,机器学习与人工智能正重塑领域:预测个性化舒适热环境、逆向优化织物结构、加速成果产业化。尽管目前在耐久性、舒适度和规模生产上仍然存在着挑战,但该综述强调了通过跨学科合作攻关,打造兼具智慧、舒适、可持续特性的智能纺织品是必然发展方向,对推进个性化健康与全球能源可持续发展具有重大意义。
人体微环境与体表直接耦合,实时调控人体与外界的能量交换。因多层级界面(皮肤、空气层、织物、环境)叠加4种热传递路径(辐射、传导、对流、蒸发),使该微环境在静息与运动状态呈现差异化的热散失特征(图1)。深入理解这一复杂体系,是开发智能温控织物与体热回收技术的前提。

图1 人体微环境热传递机理
首先,从热传递机理切入,通过精准调节纺织品的辐射(图2)、导热(图3)、相变(图4)与湿度(图5)4项性能,使其由静态隔热层转为主动维持人体微环境热平衡的“活性界面”,为无源热管理技术的实用化奠定了材料基础。

图2 辐射热调节纺织品的调控机理与发展

图3 导热调控纺织品
图4 相变调控纺织品

图5 湿气调控纺织品
其次,基于热电器件动力学调控,辐射热管理技术创新提升能量捕获效率:辐射升温优化热端温度(图6)、同步强化冷端辐射散热(图7),瞬时放大两端温差,热电转换效率随之跃升。进而,辐射协同系统整合了热端升温和冷端散热(图8),最大化地提升温差;再以低导热屏障(图9)与高导热通道(图10)耦合,精准锁向热流,抑制能量损失,实现热电输出性能的全面提升。

图6 辐射升温技术在热电器件中的应用

图7 辐射降温技术在热电器件中的应用

图8 辐射升温/降温协同系统在热电器件中的应用

图9 低导热设计在热电器件中的应用

图10 高导热设计在热电器件中的应用
最后,文章总结指出,这些技术的协同应用不仅推动了可穿戴TEGs在能量捕获方面的进展,也为人体热能回收、柔性电子供能等领域奠定了坚实的技术基础,展现出推动下一代自供能穿戴设备发展的广阔前景。
该综述把“被动调温”与“体热发电”并入同一热管理框架,为智能织物定标:四通道(辐射、传导、对流、蒸发)厘清微环境热路,四类纤维(辐射调控、相变、导热/绝热、智能响应)组成温控工具箱;嵌入TEG,以塞贝克效应将皮肤-环境温差即刻变现电流,驱动穿戴电子。利用ML/AI预测个人舒适区、逆向设计纤维、提速产业化。耐久、舒适、量产仍待攻克,但通过跨学科合作攻关,打造兼具智慧、舒适、可持续特性的智能纺织品是必然发展方向。
苏州大学博士研究生蒋望凯与硕士研究生刘金卓、研究生王哲为本文的共同第一作者,汪晓巧教授、胡建臣副教授与张克勤教授为本文的共同通讯作者。
张克勤:教授,博导,苏州大学纺织与服装工程学院院长,从事纳米功能材料、纤维材料及其复合材料应用基础研究;出版学术专著5部;发表论文150余篇,被引12500余次。
个人主页:https://orcid.org/0000-0002-7615-6509
联系方式:kqzhang@suda.edu.cn
胡建臣:副教授,硕导,苏州大学纺织与服装工程学院,从事纺织品的非化学着色方案的开发与改进、可穿戴能源器件的纺织品评价。发表论文30余篇,出版专著2部。
联系方式:hujianchen@suda.edu.cn
汪晓巧:教授,博导,苏州大学纺织与服装工程学院,从事高性能、智能纤维材料的制备与应用。发表论文30余篇,被引2300余次。