穿在身上的“黑科技”

  冰雪运动，无疑是这个冬天最热的话题之一。来自交通运输部的多个方面数据显示，今年春运预计有90亿人次的流动。其中，“北上玩雪”热度居高不下，哈尔滨成为2024年春节假期热门的国内旅游目的地。

  “玩冰雪”的人最关心“穿什么”。一系列“黑科技”面料持续进入公众视野：防水指数10000mmH20，透气指数10000g/m2/24Hr，GTX面料，Dermizax面料，金标P棉，3M新雪丽棉……越来越专业的面料用词，把小白们搞得晕晕忽忽。这些主打冬季滑雪适用的服装价格从几百元到几千元，让人眼花缭乱、不知所措。

  中青报·中青网记者为此采访了纺织科学与工程一流学科建设者、东华大学纺织学院院长覃小红和国家重点研发计划“科技冬奥重点专项冬季运动与训练比赛高性能服装研发关键技术”项目总负责人、北京服装学院教授刘莉，为公众解读面料里的那些“黑科技”。

  覃小红是一位面料达人，她致力于微纳米尺度纤维及纱线的批量制备、结构表征和性能研究。她曾在2020年以第一完成人的身份获国家技术发明奖二等奖，当时她的团队独创了高曲率静电纺丝技术和多模块相位补偿铺网技术，实现了高品质纳米纤维的产业化。

  “现在纺织行业的研究趋势，就是把越来越细的纤维应用到服装上，再增加其功能性。”覃小红说，传统的棉、毛、丝、麻等面料中，羊毛直径最粗，可达上百微米，棉纤维直径约十几微米，最细的是丝，直径能达到5微米。

  而直径越小，纱线越细，人体的穿着舒适感也就越好。以覃小红团队攻克的纳米级纤维量产技术为例，1纳米等于0.001微米，“假设我制备的纳米纤维的直径是200纳米，那它也相当于比棉纤维细了约2个数量级”。

  一家以羊毛制品闻名的户外运动品牌，其采用美丽诺羊毛制作而成的贴身层保暖内衣，一件上衣售价高达1599元。而这样一件上衣的主打“黑科技”就是柔软、保暖且透气，其采用的羊毛纤维达到了直径15.5微米的层级，可贴身穿。

  专家认为，通常来讲，羊毛纤维的直径达到19微米以下就能轻松实现“不扎人”，而要实现“透气”这一性能，还要叠加其他的纺织面料“黑科技”。

  摆在国际纺织行业面前的一个问题是，虽然专家们知道纤维材料越细越好，但制作纳米级别纤维的难度却很高。纳米纤维是防疫防护、航天军工等领域的关键材料，国际上每小时的产量仅有0.5克。覃小红团队花了20年时间，专门研究怎么样把纳米纤维的产量提上去。

  如今，该团队的成果已实现推广应用，全国纺织企业已建成微纳米非织造材料生产线条，开创了纺织材料微纳米化的新格局。

  “从面料来讲，我国企业目前可以生产的面料不输国外。”覃小红说，不少国内企业都花了大价钱改造生产线，把生产微米级纤维面料的工厂改建成纳米级纤维的生产车间需要很大投入，但头部企业都在求创新、求改变，“更不可思议的是企业现在与东华大学纺织学院一起做三防面料，朝着户外服饰被GTX面料‘卡脖子’的领域发力”。

  她介绍，某运动品牌与东华大学共同研发的Aerovent面料目前已经上市，可以对标国际面料巨头，做到防暴雨、高透气、强防风。

  在比赛场上，服装面料也在一直在升级迭代。为应对冬奥会比赛中复杂的气候环境，刘莉带领团队为运动员设计了智能控温服装。通过加热线或加热膜等方式，服装在短短一两秒之内实现加热功能，可以在户外或者高原进行训练时，为运动员实现主动的热能量补充。服装最高的加热温度达50℃，在户外保暖的同时也能确保人体不会被高温烫伤，更不会因为外界环境变化而干扰制热效果。

  如今，智能控温的衣服已经从冬奥会的赛场上走向了普通大众。利用外加充电宝实现能量转化是成熟技术，目前部分面料可实现无源加热，正逐渐产品化。若服装中安装开关，可以手动调节对应的挡，也能够最终靠传感器随时感知人的皮肤温度和湿度，实现衣服温度的“智能调控”。

  为应对老人摔倒的问题，刘莉团队还曾研发一款老年人摔倒防护智能服装。服装内集成了气囊组件、跌倒识别模块、气体发生器模块等。当人体运动速度或者角度发生明显的变化时，通过智能识别模块，触发气体发生装置，可通过气囊弹开，起到智能防护的作用。

  在电商平台上，搜索加热羽绒服等关键词，弹出的页面中出现了“智能芯片实时监控”“石墨烯自发热”“USB充电加热”“碳纤维温控加热”等词。商家利用“黑科技”标签吸引了不少消费者的眼球。

  刘莉告诉中青报·中青网记者，此类衣服的宣传或有夸大功能、偷换概念的嫌疑。

  “石墨烯是碳的二维结构，石墨烯引入纤维体系，其分散性就是极其关键的一个点。分散性好的石墨烯或者制备得到的复合纤维产品，是可以让纤维实现快速电加热效果。但有一些商家添加的并非石墨烯材料。”刘莉说。

  除此之外，记者看出部分商家推出了“玻尿酸美肤衣”，以面膜衣为由头，声称能够更好的起到润肤、保湿、锁水等功能，实现37℃恒温保暖的效果。专家提示，在皮肤表层接触玻尿酸等产品，很难实现养肤的功效。

  但有一类智能服装已经具备“家庭医生助手”的能力。刘莉介绍，从2000年左右起，由欧盟支持的10个国家33个合作伙伴展开了智能可穿戴设备的相关研究，实现呼吸行为分析、心电图、汗液和肌肉活动等身体数据的监测，协助人类预防和早期诊断心血管疾病。

  她告诉记者，纺织品可以充当传感器，比如基于柔性光纤传感器、织物电极制备参数检测的测量带。其核心部件是生理观察装置，使用两根心电导联，可测量呼吸率、心率、氧饱和度、体温、血压和身体运动等数据，通过链接手环或者其他的终端设备，以此来实现人体健康数据的长时间采集，实时处理。

  刘莉介绍，一款服装应用于太空，可以连续48小时监测血压、血氧饱和度、呼吸、运动等数据。这类可穿戴生理监测服装，应用于消费者领域指日可待。

  在她看来，服装已经不仅仅满足大家装饰或者是基本的保暖需求，还能提供安全防护、健康监测等更多功能。

  2023年6月，中国纺织工业联合会专门为覃小红团队主要牵头承担的“微纳米纤维跨尺度镶嵌纺关键技术及产业化”项目召开了一场鉴定会。这一技术，被专家们认为达到了“国际领先水平”，其生产线制作出来的纺织品功能持久性强、手感舒适，受到安踏、斐乐、始祖鸟、迪桑特等国内外知名品牌的一致好评。

  “大家熟知的GTX面料，属于一种纯纺产品，它的防水防风功能很强，但穿在身上会有些硬，走路哗哗地响；我们现在在研究的，是一种镶嵌纺技术，把纳米纤维混入到面料中去，以增强其功能性，同时让它穿着舒适。”覃小红介绍，诸如抗菌、防臭、导湿等功能，就好比是一颗火龙果里的黑籽，融入火龙果，但没法一一提取出来。但新的镶嵌纺技术，能把各种功能叠加到面料上，让这些功能像附着在草莓表面的黑籽一样，摆到明面上、功效扩大开来。

  “很多人夏天穿的白T恤会出现发黄的情况，但如果在全棉材质里加入千分之三的纳米纤维，就能解决这一个问题。”覃小红说。

  她举例：某国产品牌的童装，多年来一直使用传统的纯棉面料。如今，随着慢慢的变多家长看重面料的功能性，要吸湿排汗，能在运动场景中使用，又要柔软舒适。为此，该品牌与东华团队合作建立了自己的“镶嵌纺”生产线，只要在面料内混入千分之几的纳米纤维，服装就达到了“亲肤贴身”的效果。

  “跨尺度镶嵌纺”的核心问题，就是解决“跨尺度”难题。如何把更细的纳米纤维，融入棉、毛、丝、麻等材料中，“它们粗细差了近100倍、线倍，韧性也不一样，使用的纺织装备也不同，需要独特的设备来制作。”覃小红说。

  她说，预计未来的纺织面料会“Buff叠满”，集多种功能于一身，更不可思议的是智能化特征，在人们睡觉的时候能监测人的身体状况。

  当服装与科技结合，服装被赋予了更多的功能性期待。当导电智能纱线织入面料中，衣服能做成触摸屏。只需要拍拍衣袖，即可通过蓝牙匹配手机等移动电子设备，实现接打电话或者是听音乐等功能。在控制层面上，衣服还可以自定义控制手势，实现听歌、地图导航、追踪运动圈数、报时、接听电话、阅读短信、查找手机等功能，未来会服务于人们骑行、爬山等使用场景。

  除此之外，带有科技范儿的服装还能够实现实时监测周围环境的功能。国外一位设计师根据技术创新和传感器等工具，让衣服随着人的呼吸方式和空气污染情况而改变颜色和图案，帮助人们评估空气污染情况。

  “科技让市场有了更多的功能性。”刘莉认为，未来服装在减碳、节能等方面承担着慢慢的变多的责任，会在社会性、功能性上一直在优化，跟人的生活需求结合越来越紧密。

  “自发热、自供电的面料我们也想研发看看。”覃小红介绍，纺织学者们一直在“储备下一代技术”，“未来10年，我们的衣服可以当作铠甲，也可以同时具备舒适亲肤的属性。衣服不只是时尚的，也是衣、工融合产物，蕴含很多‘黑科技’”。

  她还发现，一个好的迹象是，慢慢的变多的国货品牌、国产面料供应商愿意投入人力、物力、财力去研发新一代的纺织品，他们愿意在“黑科技”上花钱。