穿在身上的“黑科技”
中青報·中青網記者王燁捷楊潔
冰雪運動，無疑是這個冬天最熱的話題之一。交通部的數據顯示，今年春運預計有90億人次的流動。其中，「北上玩雪」熱度居高不下，哈爾濱成為2024年春節假期熱門的國內旅遊目的地。
「玩冰雪」的人最關心「穿什麼」。一系列「黑科技」布料持續進入公眾視野：防水指數10000mmH20，透氣指數10000g/m2/24Hr，GTX布料，Dermizax布料，金標P棉，3M新雪麗棉…越來越專業的布料用詞，把新手玩家們搞得暈暈忽忽。這些主打冬季滑雪適用的服裝價格從幾百元到幾千元，讓人眼花撩亂、不知所措。
中青報·中青網記者為此採訪了紡織科學與工程一流學科建設者、東華大學紡織學院院長覃小紅和國家重點研發計劃"科技冬奧重點專項冬季運動與訓練比賽高性能服裝研發關鍵技術」計畫總負責人、北京服裝學院教授劉莉，為大眾解讀布料裡的那些「黑科技」。
衣服也會被「卡脖子」？
覃小紅是一位布料達人，她致力於微奈米尺度纖維及紗線的批量製備、結構表徵和性能研究。她曾在2020年以第一完成人的身份獲得國家技術發明獎二等獎，當時她的團隊獨創了高曲率靜電紡絲技術和多模組相位補償鋪網技術，實現了高品質奈米纖維的產業化。
「現在紡織業的研究趨勢，就是把越來越細的纖維應用到服裝上，再增加其功能性。」覃小紅說，傳統的棉、毛、絲、麻等布料中，羊毛直徑最粗，可達上百微米，棉纖維直徑約十幾微米，最細的是絲，直徑能達5微米。
而直徑越小，紗線越細，人體的穿著舒適感越好。以覃小紅團隊攻克的奈米級纖維量產技術為例，1奈米等於0.001微米，「假設我所製備的奈米纖維的直徑是200奈米，那它也相當於比棉纖維細了約2個數量級」。
以羊毛製品聞名的戶外運動品牌，採用美麗諾羊毛製作而成的貼身層保暖內衣，一件上衣售價高達1599元。而這樣一件上衣的主打「黑科技」就是柔軟、保暖且透氣，其採用的羊毛纖維達到了直徑15.5微米的層級，可貼身穿。
專家認為，通常來講，羊毛纖維的直徑達到19微米以下就可以實現"不紮人"，而要實現"透氣"這一性能，還要疊加其他的紡織面料"黑科技"。
擺在國際紡織業面前的一個問題是，雖然專家知道纖維材料越細越好，但製作奈米級纖維的難度很高。奈米纖維是防疫防護、航太軍工等領域的關鍵材料，國際上每小時的產量僅0.5克。覃小紅團隊花了20年時間，專門研究如何把奈米纖維的產量提上去。
如今，團隊的成果已實現推廣應用，全國紡織企業已建成微奈米非織造材料生產線10條，開創了紡織材料微奈米化的新格局。
「從布料來講，我國企業目前可以生產的布料不輸國外。」覃小紅說，不少國內企業都花了大價錢改造生產線，把生產微米級纖維布料的工廠改建成奈米級纖維的生產車間需要很大投入，但頭部企業都在求創新、求改變，"甚至還有企業現在與東華大學紡織學院一起做三防面料，朝著戶外服飾被GTX面料'卡脖子'的領域發力" 。
她介紹，某運動品牌與東華大學共同研發的Aerovent布料目前已經上市，可以對標國際布料巨頭，做到防暴雨、高透氣、強防風。
「特異功能」服裝的真與假
在比賽場上，服裝布料也在不斷升級迭代。為應對冬季奧運比賽中複雜的氣候環境，劉莉帶領團隊為運動員設計了智慧控溫服裝。透過加熱線或加熱膜等方式，服裝在短短一兩秒之內實現加熱功能，可以在戶外或高原進行訓練時，為運動員實現主動的熱能量補充。服裝最高的加熱溫度達50℃，在戶外保暖的同時也能確保人體不會被高溫燙傷，更不會因為外在環境變化而乾擾制熱效果。
如今，智慧控溫的衣服已經從冬奧的賽場上走向了一般大眾。利用外加充電寶實現能量轉換是成熟技術，目前部分佈料可實現被動加熱，正逐漸產品化。若服裝中安裝開關，可以手動調整對應的擋，也可以透過感測器隨時感知人的皮膚溫度和濕度，實現衣服溫度的「智慧調控」。
為因應老人跌倒的問題，劉莉團隊也曾研發一款老人跌倒防護智慧服裝。服裝內整合了氣囊組件、跌倒辨識模組、氣體發生器模組等。當人體移動速度或角度改變時，透過智慧辨識模組，觸發氣體發生裝置，可透過氣囊彈開，以達到智慧防護的作用。
在電商平台上，搜尋加熱羽絨外套等關鍵字，彈出的頁面中出現了「智慧晶片即時監控」「石墨烯自發熱」「USB充電加熱」「碳纖維溫控加熱」等字眼。商家利用「黑科技」標籤吸引了不少消費者的注意。
劉莉告訴中青報·中青網記者，這類衣服的宣傳或有誇大功能、偷換概念的嫌疑。
「石墨烯是碳的二維結構，石墨烯引入纖維體系，其分散性就是極其關鍵的一個點。分散性好的石墨烯或者製備得到的複合纖維產品，是可以讓纖維實現快速電加熱效果。但有一些商家添加的並非石墨烯材料。」劉莉說。
除此之外，記者發現部分商家推出了"透明質酸美膚衣"，以面膜衣為由頭，聲稱可以起到潤膚、保濕、鎖水等功能，實現37℃恆溫保暖的效果。專家提示，在皮膚表層接觸到玻尿酸等產品，很難達到養膚的功效。
但有一類智慧服裝已經具備「家庭醫生助理」的能力。劉莉介紹，從2000年左右起，由歐盟支持的10個國家33個合作夥伴展開了智慧穿戴裝置的相關研究，實現呼吸行為分析、心電圖、汗水和肌肉活動等身體數據的監測，協助人類預防和早期診斷心血管疾病。
她告訴記者，紡織品可以充當感測器，例如基於柔性光纖感測器、織物電極製備參數檢測的測量帶。其核心部件為生理觀察裝置，使用兩根心電導聯，可測量呼吸率、心率、氧飽和度、體溫、血壓和身體運動等數據，透過連結手環或其他的終端設備，從而實現人體健康數據的長時間採集，即時處理。
劉莉介紹，服裝應用於太空，可連續48小時監測血壓、血氧飽和度、呼吸、運動等數據。這類穿戴式生理監測服裝，應用於消費者領域指日可待。
在她看來，服裝已經不只滿足人們裝飾或基本的保暖需求，還能提供安全防護、健康監測等更多功能。
未來可以當鎧甲的衣工融合物
2023年6月，中國紡織工業聯合會專門為覃小紅團隊主要主導的「微奈米纖維跨尺度鑲嵌紡關鍵技術及產業化」計畫召開了一場鑑定會。這項技術，被專家們認為達到了"國際領先水平"，其生產線製作出來的紡織品功能持久性強、手感舒適，受到安踏、斐樂、始祖鳥、迪桑特等國內外知名品牌的一致好評。
「大家熟知的GTX布料，屬於一種純紡產品，它的防水防風功能很強，但穿在身上會有些硬，走路嘩啦地響；我們現在在研究的，是一種鑲嵌紡技術，把奈米纖維混入到面料中去，以增強其功能性，同時讓它穿著舒適。」覃小紅介紹，諸如抗菌、防臭、導濕等功能，就好比是一顆火龍果裡的黑籽，融入火龍果，但沒辦法一一提取出來。但新的鑲嵌紡技術，能把各種功能疊加到布料上，讓這些功能像附著在草莓表面的黑籽一樣，擺到明面上、功效擴大開來。
「很多人夏天穿的白T卹會出現發黃的情況，但如果在全棉材質裡加入千分之三的奈米纖維，就能解決這個問題。」覃小紅說。
她舉例：某國產品牌的童裝，多年來一直使用傳統的純棉布料。如今，隨著越來越多家長看重布料的功能性，要吸濕排汗，能在運動場景中使用，又要柔軟舒適。為此，該品牌與東華團隊合作建立了自己的「鑲嵌紡」生產線，只要在布料內混入千分之幾的奈米纖維，服裝就達到了「親膚貼身」的效果。
「跨尺度鑲嵌紡」的核心問題，就是解決「跨尺度」難題。如何把更細的奈米纖維，融入棉、毛、絲、麻等材料中，「它們粗細差了近100倍、線密度差了約1000倍，韌性也不一樣，使用的紡織裝備也不同，需要獨特的設備來製作。」覃小紅說。
她說，預計未來的紡織面料會"Buff疊滿"，集多種功能於一身，甚至還有智能化特徵，在人們睡覺的時候可以監測人的身體狀況。
當服裝與科技結合，服裝被賦予了更多的功能性期待。當導電智慧紗線織入布料中，衣服可以做成觸控螢幕。只需要拍拍衣袖，即可透過藍牙搭配手機等行動設備，實現接打電話或聽音樂等功能。在控制層面上，衣服還可以自訂控製手勢，實現聽歌、地圖導航、追蹤運動圈數、報時、接聽電話、閱讀短信、查找手機等功能，未來會服務於人們騎行、爬山等使用場景。
除此之外，有科技範兒的服裝還可以完成即時監測周圍環境的功能。國外一位設計師根據技術創新和感測器等工具，讓衣服隨著人們的呼吸方式和空氣污染情況而改變顏色和圖案，幫助人們評估空氣污染情況。
「科技讓市場有了更多的功能性。」劉莉認為，未來服裝在減碳、節能等方面承擔越來越多的責任，會在社會性、功能性上不斷優化，跟人的生活需求結合越來越緊密。
「自發性熱、自供電的布料我們也想研發看看。 」覃小紅介紹，紡織學者們一直在"儲備下一代技術"，"未來10年，我們的衣服可以當作鎧甲，也可以同時具備舒適親膚的屬性。衣服不只是時尚的，也是衣、工融合產物，蘊含很多'黑科技'」。
她也發現，一個好的跡像是，越來越多的國貨品牌、國產布料供應商願意投入人力、物力、財力去研發新一代的紡織品，他們願意在「黑科技」上花錢。
責任編輯：邱晨輝,原春琳,王國強,謝宛霏
來源：中國青年報
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