发热纤维的发热机理 | 图片来源[11]
其中，我们日常生活中最常见的就是电加热这种方式了，利用电流热效应发热，导电材料通电后，将电能转化为热能。对于电加热服饰来说，最核心的部分就是柔性电加热元件——电加热丝、电加热膜、电加热织物。
综合来看，电加热织物具有轻薄透气、柔软舒适、安全稳定等优点，是研究和应用最为广泛的一种。导电材料可以简单分为金属导电材料、非金属导电材料和复合导电材料，例如：不锈钢、银、铜、碳材料、导电高聚物等。其中，碳纳米管加热片、石墨烯加热片的综合性能有很大的优势。
但电加热服饰的发展仍存在一些有待优化和解决的问题，首先是物美价廉——涂层均匀、工艺简单的制备方法尚有待开发；其次是柔性电加热织物的保护与透气、透湿之间的矛盾尚有待解决。另外，电加热服饰的舒适程度也相对比较低。
光能发热纤维顾名思义，可以吸收太阳辐射中不同波长光线的能量并转化为热能，或反射人体热辐射。纳米陶瓷锦纶短纤维编织物是一种新型的光能发热纤维，在光源照射30min 后，比普通织物温度高3. 41℃[12]。
光发热和电发热都离我们的生活比较近，除此之外，材料相变会吸收或者释放热量，也是制作自发热服饰的一种比较有趣的方向。石蜡/PVA储能纤维和其他新型复合相变材料都属于相变调温纤维，具有双向调温的优势，但调温范围相对比较小。
冷热双模纺织品——纺织品界内卷王
既然已经有了这么多种保温服饰的研发方向，那何不格局再打开一点，让服饰即保暖又凉爽呢？如果不需要能量输入的话，岂不是更加美滋滋？
虽然这需求听起来有点“无理甲方”，但你还别说，真有人做出来了…
比起传统加热或冷却，辐射热管理(Radiative thermal management)可谓是自己努力、内卷他者的代表了。这种方法是指通过控制发射率、透射率和反射率，实现不同的传热控制。
也就是说，温度变化方向你随便提，变化不到位就算我输。那么，接下来就让我们看看这种“双面神衣”的工作原理是什么样的吧！
对于织物的辐射热管理，大致可以分为两种设计思路——第一，通过设计透明(反射)织物，可以高度促进(抑制)辐射直接通过织物向周围环境的传输；第二，通过设计一种高(低)外表面发射率纺织品，大幅度地增加(减少)织物对环境的辐射发射。
双模纺织品原理图 | 图片来源[13]
第一种是通过将双层热发射器嵌入中红外-透明纳米多孔聚乙烯(nanoporous polyethylene, nanoPE)中。这种双模纺织品可以通过在内侧和外侧之间切换，轻松地在加热和冷却模式之间切换，并且不需要电能或其他外部能量的输入。
在这种结构中，双层热发射器在织物正反两面的厚度不同。由于nanoPE是红外透明的，这一侧的发射器与周围环境的热辐射不受到任何阻碍。同时，nanoPE还起到调节热发射器与皮肤距离的作用。
在冷却模式下，高发射率层面向环境，热发射器和皮肤之间的nanoPE厚度较小。这种小厚度保证了温暖的人体皮肤和发射器之间的高效热传导，达到了提高发射器的温度的目的。这也最大化了nanoPE本身保持凉爽的作用，妥妥的为夏天量身定制！
当织物反过来时，低发射率的一面朝外，发射器到皮肤的距离增加，可以实现保温。
这种双模织物的神奇作用是辐射、传导和对流协同作用的结果。
另外一种双模织物同样是通过——不对称纱线组成和被动辐射的方式达到了相同的目的。
不同之处在于，第二种结构通过在纱线中同时利用金属纤维和介质纤维实现了非常强的发射率对比，温度范围进一步拓展到了13.1℃。
当织物的高发射率层(介质纱线)面向周围环境，使其表面充当红外散热器，可以实现冷却；翻转织物，将低发射率的一面(金属纱线)暴露在环境中，起到辐射绝缘的作用，可以实现保温。
这种被动式织物采取交错不对称结构，介质纤维和金属纤维在特定的光子几何结构中交错,通过强调制辐射率来控制辐射从人体到环境的传输。
由此可见，学好数理化，真的能走遍天下都不怕。这不，冬冷夏热的问题被一件衣服解决的日子也越来越近了。到时候又会有什么“五彩斑斓的黑”式需求呢？
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编辑：Norma
