摘要：纺织品在人类发展中发挥了关键作用，从基本纤维演变成复杂的多功能材料。材料科学、纳米技术和电子技术的进步推动了下一代纺织品超越传统功能，为各种应用解锁了创新的可能性。热管理纺织品结合了超轻、超薄的绝缘层和自适应冷却技术，优化了动态和极端环境下的温度调节。水分管理

背景：

纺织品在人类发展中发挥了关键作用，从基本纤维演变成复杂的多功能材料。材料科学、纳米技术和电子技术的进步推动了下一代纺织品超越传统功能，为各种应用解锁了创新的可能性。热管理纺织品结合了超轻、超薄的绝缘层和自适应冷却技术，优化了动态和极端环境下的温度调节。水分管理纺织品利用先进的结构单向运输和透气膜，确保在运动服和户外装备的特殊舒适性。防护纺织品具有增强的功能，包括抗菌、抗病毒、抗毒气、耐热和辐射屏蔽能力，为医疗保健、国防和危险行业提供高性能解决方案。交互式纺织品集成了用于监测物理、化学和电生理参数的传感器，能够实时收集数据，并对各种环境和用户产生的刺激做出反应。能源纺织品利用摩擦电、压电和水电效应来改善可穿戴设备的能量收集和存储。这些进步使下一代纺织品处于材料科学的前沿，大大扩展了它们在广泛应用中的潜力。然而，一些挑战仍然存在，包括新型纺织结构的发展，纺织品性能的增强，以及跨不同领域的多功能集成。这些因素将决定下一代纺织品研发在各个领域的未来方向。

基于此，东华大学俞建勇院士、丁彬教授发表了综述，主要介绍了下一代纺织品的最新进展，涵盖多种功能类型，分析了其面临的挑战，并对未来进行了展望。相关研究内容以“Recent Advances in Next-Generation Textiles”为题目发表在期刊《Advanced Materials》上。

图 1. 下一代纺织品所讨论主题的简要概述，热管理纺织品示意图，水分管理纺织品示意图。防护纺织品示意图，交互式纺织品示意图，能量收集与存储纺织品示意图，发光显示纺织品示意图。

图 2. a）展示多孔气凝胶热传递机制的示意图。b）显示纤维状气凝胶能够立在花瓣上的照片。c）覆盖气凝胶和羽绒纤维填充物的人手臂的红外图像。d）覆盖在人手臂上的气凝胶和其他三个样品的实时温度。e）不同纤维材料的热导率随体积密度的变化关系。f）超织物的微观结构。g）薄膜的微观结构。h）展示超织物隔热性能和被动辐射加热能力的图像。i）志愿者在 10°C、3 m/s 的正面风下暴露 5 分钟的红外图像。j）在相同位置不同织物样品下皮肤模拟器的温差。k）在无光条件下不同热管理材料和超织物的隔热性能与厚度的比较。

图 3. a) 热调节纺织品的示意图。b) 涂覆棉花和 DCT 的人体模型的皮肤温度。c) DCT 与之前报道的其他 BNNS 纤维材料之间 BNNS 含量和热导率的比较。d) 织物水蒸气吸附的示意图。e) 户外测量中织物吸湿 - 脱湿循环中含水量、太阳辐射强度和相对湿度随时间的变化曲线。f) 报道的复合干燥剂在不同脱附温度下的水脱附速率总结。g) 用于白天辐射冷却的超织物示意图。h) 织物、聚甲基戊烯和银纳米线的中红外发射率。i) 广州直射阳光下不同织物覆盖下皮肤的温度追踪。

图 4. a) 人体 - 服装 - 环境系统示意图，展示热量输入和散热情况。b) 穿着由 LNT 制成的背心的人体模型照片以及在阳光下 30 分钟后穿着自制背心的人体模型的红外图像。c) 裸露皮肤、传统纺织品和双模式纺织品的热舒适区。d) 纳米纤维纺织品与其他纺织品的冷却性能比较。e) 纳米纤维纺织品与其他纺织品的加热性能比较。f) 用于体温调节的水驱动羊毛针织品：在出汗时提供凉爽感，皮肤干燥时提供温暖。g) 天津地区双模式设备在加热（红色）和冷却（蓝色）模式下一年的模拟每月总节能情况以及全年节能情况（绿色）。h) 在温度变化环境中，覆盖有体温调节纺织品的模拟皮肤的温度变化。i) 体温调节服装的净功率、热舒适区扩展、皮肤冷却能力、双向体温调节和自适应能力与文献中报道的相关代表性工作的比较。

图 5. a) 仿生多孔膜的排汗过程示意图。b) 复合多孔膜中叠加的毛细管压差驱动抗重力水渗透和广泛扩散的示意图。在 c) PLA - TF 层和 d) MFC - TF 层供水时多孔膜的水分管理测试仪结果。e) 代表性织物的水分管理能力和 R 值。f) 基于拉普拉斯定律的纳米纤维膜的防水机制。g) 不同液体的膜的接触角和静水压力。h) 纳米纤维膜与其他微孔 WBM 的防水透气性能比较。i) 纳米纤维膜与商业膜的防水透气性能比较。

图 6. a) LCAs 的隔热机制。b) LCAs 优异的热机械稳定性示意图。c) 双层六方氮化硼气凝胶（hBNAGs）中额外的曲折固体传导路径。d) 气凝胶类材料在空气中的室温热导率与工作温度的关系。e) 各种气凝胶类材料的热导率和最高工作温度比较。f) 显示气凝胶在酒精灯火焰（500°C）和液氮（-196°C）中的抗压弹性的光学照片以及在 1600°C 碳化后的气凝胶的扫描电镜图像。g) LCAs 与其他气凝胶材料的综合性能比较。

总结与展望

在未来十年中，从应用角度解决这些挑战至关重要。关键问题包括材料开发、设备集成、连续生产方法、标准化和可扩展性。生物相容性材料的开发对于确保可穿戴纺织品的安全性和舒适性至关重要，特别是在医疗和健康监测应用中。

1、在热管理纺织品中，诸如超薄隔热和自适应冷却织物等创新在降低个人能源消耗方面具有巨大潜力。然而，在不影响柔韧性和功能的情况下实现长期耐用性仍然是一个重大挑战。需要一种综合方法来平衡轻量化设计与强大的热性能，特别是在运动服装、军装和日常服装等应用中。

2、在开发能够动态传输水分同时确保透气性和防水性的织物方面已经取得了显著进展。然而，在不牺牲舒适性或长期可用性的情况下保持这些性能之间的最佳平衡是一个关键挑战。未来的研究应侧重于改进这些纺织品的微观结构设计，以增强对不同环境条件的适应性，同时提高耐用性和可扩展性以实现广泛应用。

3、防护纺织品具有抗菌、抗毒素、辐射屏蔽和隔热等先进功能，满足了医疗、国防和危险行业的基本需求。然而，与舒适性、重量和耐久性相关的挑战仍然存在。这些防护功能的标准化对于确保在不同应用和行业中的一致性能至关重要。

4、交互式纺织品通过使服装能够监测健康参数并响应环境刺激，代表了可穿戴技术的范式转变。然而，这些技术仍处于起步阶段。需要在优化传感器集成、提高能源效率以及最小化电子设备对纺织品舒适性和柔韧性的影响方面取得重大进展。在磨损情况下确保耐用性，同时保持传感器的准确性和响应性仍然是一个关键挑战。

5、能量收集和存储纺织品是为可穿戴设备供电的创新解决方案，但在集成可靠的能量存储系统方面面临效率限制和挑战。了解材料界面的动态行为和物理化学性质对于提高电荷产生和转移效率至关重要。

6、发光显示纺织品在安全装备、时尚和实时信息显示方面具有独特的应用。然而，诸如实现最佳分辨率和效率等挑战仍然存在。

下一代纺织品的发展需要优先考虑可扩展性、耐久性和生物相容性，以促进更广泛的商业化和实际应用。推进可扩展的制造工艺，如自动化编织和 3D 针织技术，对于满足对智能纺织品日益增长的需求是必要的。提高耐用性和可洗涤性也至关重要，特别是对于集成了可穿戴电子设备的纺织品。此外，探索创新的编织集成方法可以带来新的纺织品功能，提高性能。通过应对这些挑战，下一代纺织品可以提高个人舒适度，并在能源管理、医疗保健等领域实现多样化应用，促进多功能集成与增强的机械耐久性和弹性。

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来源：阿乐科学万花筒