。天凉加衣,天热脱衣,这是生活常识。环境温度保持稳定时,我们可以一件衣服穿一天。但如果遇到温度骤变的场景,比如从凉爽的室内走到炎热的室外,人体可能会因为无法适应温度的波动而感到不适,甚至生病。夏季高发的中暑和流感,很多时候都是因为骤冷骤热导致的。能够根据环境改变温度的衣服其实很早就问世了,主要运用在运动服和宇航服上,但这些服装通常需要外部电源的辅助才能达到调节的目的。
衣服是用传统纱线编织的,但在正面和背面有矩形镂空,这些镂空上覆盖有致动器(图1A)。在炎热的环境中,致动器会向环境弯曲,从而增强身体散热能力;而在寒冷的环境中,致动器将恢复到其原始的扁平形状以抑制身体散热(图1B)。通常,热膨胀和收缩是常用材料的固有特性之一。聚乙烯(PE)的主链上有许多C-C键(图1D),其线性热膨胀率比典型纺织材料(例如尼龙和聚酯)高得多。在PE薄膜上沉积金属层,如Cu,就得到了双层结构。Cu层的热膨胀比(∼10−4)相较于PE膜(∼10−3)而言要小得多。
在炎热的环境中,下层的PE膜会膨胀,但上层的金属层几乎不会发生变化。两层材料的热膨胀能力不匹配,异构双层致动器将向环境弯曲。在此过程中,镂空部分可以直接将人体红外辐射传递到环境中,同时增强空气对流和汗液蒸发,强化散热效果,以达到冷却的目的。在寒冷的环境中,金属化的PE薄膜致动器将恢复其原始的扁平形状。在这种状态下,致动器可以将红外体辐射反射回皮肤,同时抑制由其低红外发射率引起的外表面(铜层)的红外辐射。因此,它有助于抑制身体散热并保持身体温暖(图1E)。
异构双层致动器的弯曲特性对于实现多模态个人热调节至关重要。使用封闭在小型环境室内的加热板测量了在不同环境温度下具有不同PE膜和铜层厚度的执行器的弯曲角度。研究表明,铜层厚度为40nm,PE膜厚为0.04 mm的执行器在35°C时表现出最大弯曲角。接着,选择了0.04 mm的PE薄膜厚度进一步研究了不同铜层厚度(即40、100、800和4000 nm)对致动器弯曲性能的影响。Cu800表现最佳,在35°C时的最大弯曲角度为310°。随着温度的升高,纯PE膜会膨胀,但不能弯曲。在这种情况下,弯曲角为零。然而,当PE膜涂覆铜层时,PE膜的膨胀将受到限制,而铜层会由于两层膜的热膨胀率不同而被驱动膨胀,从而导致弯曲变形。
除了不同的膨胀率外,铜的杨氏模量(115 GPa)远大于PE薄膜的模量(0.2 GPa)。较大的杨氏模量表明防止形状变形的能力更高。因此,PE膜的膨胀将受到铜层的显着限制,并且导致开始时弯曲角急剧增加。随着铜层厚度的进一步增加,金属层的刚度效应优于热膨胀比差异的影响,导致弯曲角减小。除了弯曲角度外,执行器还可以快速响应温度变化。最佳样品(Cu800)在升温时(15°C到35°C),只花了9s就达到了最大弯曲角度;而在降温时,也只花了40s就回到初始状态。致动器也表现出高稳定性,最大弯曲角度在500次循环后变化不大。
人体红外辐射,在人体散热中占有很大比重(40%左右)。纺织品内表面的中红外光学性质影响了皮肤与纺织品之间的辐射传热,而纺织品的外表面则影响了纺织品与周围环境之间的辐射传热。由于PE薄膜的高红外透明度,人体辐射将在很大程度上被执行器的内表面反射回人体皮肤。平均而言,致动器的中红外反射率比传统织物(即棉和聚酯)高出约八倍,具有出色的隔热性能。铜层表现出较高的中红外反射率,但中红外发射率较低。从纺织品的外表面向环境发出的热辐射可以在很大程度上被铜层抑制,这使得从纺织品到环境的散热效果极佳。
文中接着对传统棉、传统聚酯和温度自适应纺织品的耐热性和耐湿性进行了量化。所提出的服装表现出对温度敏感的耐热性和耐湿性。
文中开发了基于PE/Cu双层薄膜的温度自适应服装。服装重306.2克,比同款式的传统聚酯服装(∼350克)更轻,且在成本和舒适性方面也具有显著优势。金属层不仅有助于温度响应驱动(即弯曲),而且还诱导了服装的辐射加热。在相同的舒适度(或散热)下,与传统的棉和涤纶服装相比,所提出的服装在冷侧可以降低2.3°C的加热设定点,而在热侧将冷却设定点提高2.0°C。未来的工作将集中在服装的美学设计上,包括执行器的颜色和镂空支撑服装的服装图案。此外,开发的温度响应式执行器还可以帮助建筑物在寒冷环境中实现辐射加热,并在炎热环境中实现辐射冷却,有望大幅降低建筑供暖/制冷时的能耗,实现全年的建筑节能。
深圳是我国的“时尚之都”、“科技之城”,聚集了全国高端服装服饰品牌及生产企业,深圳时尚产业经历多次转型升级后,正在向技术高端化、创意多元化、产品时尚化、品牌国际化方向发展,SG智能服装大会坚持以“服装与科技的结合”为办会方向,聚焦智能服装服饰发展的关键共性问题,探讨智能服装服饰产业发展趋势和解决融合之道,展示智能服装服饰领域最新成果、前沿技术和最新产品,推动行业应用和消费普及,搭建智能服装服饰的创新合作平台、国际交流平台和成果展示平台,汇聚全球要素资源,切实把SG2022智能服装服饰产业大会办成全球智能服装服饰领域规格最高、规模最大、影响力最强的顶级峰会。
本次SG2022智能服装服饰产业大会邀请政府、协会领导、行业专家学者、知名品牌企业、投资机构、各经销代理电商等大咖与权威专家参会交流,全面深入探讨智能服装服饰领域的最新技术和研究方向、行业热点和市场趋势。会议议题涵盖智能服装服饰的高新材料、技术及硬件、智能服装服饰设计、智能服装服饰成品等专业领域,期间分别举办高新前沿技术发布会、金融投资一对一对接分会。
大会地址:深圳数字园ECO国际会议中心(南山区深圳国家工程实验室大楼A栋4楼)
主题2.智能服装用新材料、软硬件技术研发与生产关键技术突破)午餐 (12:00-13:00)
线:智能+服装(ERP、CRM、WMS、PLM)赋能智能制造管理解决方案应用
演讲议题:科技材料引领时尚未来-- SYORE-TEX黑科技让春装护寒冬
胡 毅浙江理工大学纺织科学与工程学院(国际丝绸学院)院长助理,中国纺织工业联合会纺织行业染整节能减排重点实验室主任
演讲议题:柔性储能研究主要在平面微型化超级电容器,柔性软包,金属锂电池和固态电解质,柔性显示主要在纺织品基电致发光柔性器件
刘 莉北京服装学院服装艺术与工程学院教授、国家冬季运动服装装备研发中心主任
智能服装服饰:运动服、心率衣、心电衣、温控服、理疗服、防护服、变色服、定位、防丢服、牛仔服、变色服、礼服,羽绒服、潜水服、童装,婚纱服,婴幼儿服装、内衣、睡衣、文胸、内裤、T恤背心、衬衫、雨衣、冲锋衣、航空服、军服、医疗服、警察服、量子服饰、石墨烯服饰、消防服、抗菌服各智能功能服、智能定制品牌、智能枕头、智能被子、智能鞋、智能帽、智能袜、智能领带、口罩、智能背包等;
智能服装技术及硬件:电子信息技术、传感器技术、触控技术,生物识别技术、RFID技术、3D打印技术、信息管理系统、智能硬件、电子元件、IC芯片、 定制系统、CAM/CAD系统/吊挂系统,3D智能试衣系统、智能试衣镜、及其它相关的技术与硬件等;
智能服装生产设备:智能化自动化服装生产线、机器人、裁、剪、缝各类智能化自动化设备、智能印花设备、智能纺织设备、智能制衣设备,激光设备,超声波,智能服装专用设备,及其它相关4.0的技术与设备等;
智能服装高新材料:智能织物、面料、纤维、纱线、相变纤维、记忆纤维,智能凝胶纤维、光导纤维、调温纤维、石墨烯、量子科技、纳米材料、光变材料等相关高新服装材料;
参会费用:①人民币2000元\人 (含会议费、资料费、场地费、午餐费、晚餐费)。
展位费用:标准展位(6m2)12800元 (包括两人参会费用、展出场地、2.5m高壁板、楣牌制作一条、6平方米地毯、咨询桌一张、椅子二把、10A/220V单相插座一个,射灯二支,清洁安保服务)。