随着温室效应的加剧，夏季热浪的频率、强度和持续时间都有显著增加。这可能会导致人体出现热应激反应、中暑以及电解质失衡等状况。因此，对服装材料的需求变得愈发严格，尤其是在提供保暖、透气舒适性、健康保障和安全防护方面。在炎热潮湿的环境中，传统面料往往会积聚汗水，导致热量积聚和潮湿、寒冷的感觉，从而极大地降低了穿着的舒适度，因此开发高舒适性的热湿管理纺织品是及其必要的。
近日，江南大学马丕波教授和董智佳副教授团队在期刊《Chemical Engineering Journal》上，发表了最新研究成果“Biomimetic knitted fabric with hierarchical gradient for high-efficiency personal thermal–moisture management”。研究者通过提出了一种基于植物根系-叶片水分输运机制的仿生复合针织面料（CFP），该面料通过构建超细纤维网络与Janus不对称结构梯度，利用静电纺丝与热压粘合技术形成贯通的多孔网络，通过拉普拉斯压差强化毛细驱动力，在减少汗液反渗的同时有效提高普通针织导湿面料的水分传输能力。
此外，该面料在室温环境下可降低皮肤表面温度1.8 °C，蒸发速率显著优于传统织物；内侧含水量仅16.4%（棉织物为35.6%），有效缓解粘腻感，且耐磨性优异（4000次摩擦无破损）。此项研究为开发高舒适性、无能量输入的智能热湿管理纺织品提供了新的仿生策略，在运动服装与户外装备领域具有广阔应用前景。
图1：具有单向输水通道的不对称孔径梯度结构纺织品的结构设计和制造过程。
受维管束植物蒸腾作用的启发，本研究提出一种仿生复合针织面料（CFP）的设计策略：模拟植物根-茎-叶结构，构建内层常规涤纶、中间层超细涤纶、外层TPU纳米纤维膜的三级递减梯度；利用静电纺丝与热压粘合技术形成贯通的多孔网络，通过拉普拉斯压差强化毛细驱动力；以疏水TPU膜为屏障抑制汗液反渗，遵循莫里定律，面料具有优良的反重力定向水分传输性能。
图2：织物的微观形态、润湿特性和孔径特征。
图2a-c显示了制造好的复合织物三层结构的照片，图2.d显示出织物和纤维膜之间结合良好。在25 °C 时，液滴在CFP的外侧即TPU纤维层保持圆润的椭球形，与纯涤纶织物相比，接触角显著增大，并且都达到100°以上，具有一定的疏水性，能有效防止汗液反渗。TPU纤维膜的直径分布图如图2.f所示，纤维直径主要分布在1~2 μm，经Image J软件分析测量纤维平均直径为1.309 μm，而基底织物的涤纶纤维直径均大于TPU纤维膜（图2.h），这表明CFP具有从内向外的纤维直径梯度分布。图2.i中的红色曲线显示出CFP的孔隙率集中在35%~50%范围内，孔隙含量适中，空气可以自由地通过这些孔隙进行流通，人体产生的热量可以迅速散发出去，从而保持身体的凉爽和舒适。孔隙的存在也有利于汗液的排出，吸收的汗液可以通过孔隙快速蒸发到外界空气中，从而实现排汗的效果。
图3：液体在CFP中的运输机制。
为了更深入地探究CFP的液体传输机制，进行了反重力水分传输实验，CFP的外侧（TPU层）朝上，将人工汗液（200 μL）从织物垂直下方滴入，很显然，液滴接触到内侧（常规涤纶纤维层）就会被吸收，并传输到顶部的TPU层（图 3.d）。这一传输过程主要是纤维层间的孔隙梯度之间的相互作用，可以产生毛细驱动力（FW）和差动毛细效应的附加压差（∆P），可具体拆分为五个阶段：接触、抽吸、传输、扩散、蒸发。具体机制如图3.e所示。
图4：制备的CFP的水分管理能力。
CFP-1具有平均值高达579.94%的单向传递指数，对汗液的导湿能力最好。图4.b显示出当织物的外侧作为浸水面时，内外侧和含水量与之前相反，单向传递指数也呈现出负值，这进一步表明制备的复合织物能将汗液定向传输到外侧且防止反渗。图4.c展示出复合后的织物的单向传递指数提升了约53.1%。此外，CFP在吸收汗液后，内侧水分含量仅为16.4%，这表明其不易在皮肤上产生过多的水分残留，有效减少穿着的粘腻感。
图5：制备的CFP的热管理和耐久性
此外，多项实验测试显示CFP具有优良的透气透湿性能、灵活性。如图5.e所示，与棉织物下降了1.3 °C相比，CFP在人体出汗后120 s温度下降了1.8 °C，且与纯涤纶织物相比，复合了TPU的CFP在短时间内（60 s）能传递更多热量，这表明具有三层孔隙梯度和更多纤维网络的织物更易传导热量，保持人体干爽冷却。并且，CFP在反复出汗的情况下仍然能及时将水分传输至织物外侧。
因此，CFP纺织品在不输入外界能量的情况下，能为人体提供干燥、凉爽、舒适的感觉，表现出上佳的热湿管理能力，为开发高舒适、无外部能量输入的热湿管理纺织品提供了一种新的仿生结构设计策略，具有应用于运动服装与户外装备的潜力。
论文链接：
https://doi.org/10.1016/j.cej.2026.173099
人物简介：
马丕波，江南大学纺织工程系教授，博士生导师，纺织科学与工程学院院长。中组部国家高层次青年人才。担任Textile Research Journal等4份SCI期刊编委及《服装学报》编委、《纺织学报》与《纺织高校基础科学学报》青年编委。主要研究方向为产业用纺织品、纺织结构柔性材料及复合材料。主持国家自然科学基金（面上/青年）、军科委重大专项课题等纵向及军工项目20余项，主持高性能纺织品研发等企业产学研项目50余项。发表SCI论文160余篇，出版中英文纺织教材及专著3本，授权国家发明专利50余件。获中国纺织工业联合会科技进步一等奖等省部级科技奖励10余项，并荣获中国纺织学术带头人、青年科技奖等多项荣誉。兼任中国纺织工程学会常务理事、中国纺织工程学会针织专业委员会副主任、中国纺织工程学会健康纺织品专业委员会副主任、中国纺织工程学会高性能无机纤维及制品专业委员会副主任、中国硅酸盐学会玻璃纤维分会理事等学术职务。
董智佳，江南大学纺织工程系副教授，硕士生导师，江苏省双创人才科技副总。担任International Journal of Clothing Science and Technology》 SCI 期刊编委、《纺织高校基础科学学报》和《针织工业》期刊青年编委。主要从事针织全成形织物设计、功能结构与性能研究。先后主持并参与国家自然科学面上/青年项目、江苏省产学研项目、校企横向产学研、陶都创业人才等科研项目近 30 余项。先后获中国纺织工业联合会科技进步一等奖、江苏省科学技术奖三等奖、纺织之光教学成果特等奖等科研与教学奖10 余项。已发表SCI论文30余篇，已授权发明专利 10余项件。
