“出汗后‘变瘦’的夹克”：细菌纤维素让衣服自我调节热量

《科学进展》杂志描述了一种“智能”保暖面料，其填充物由天然细菌纤维素制成，能够对出汗做出反应：当身体周围潮湿时，这种面料会自动变薄；而当身体干燥时，它又会变得蓬松，从而保持热量。在原型机中，面料厚度从约13毫米（干燥时）降至2毫米（潮湿时），其基本理念是无需电子设备和电池即可延长热舒适时间。

背景

您之前尝试过什么：

1. 微胶囊中的相变材料 (PCM) 在熔化过程中“吸收”热量，并在结晶过程中释放热量，但在狭窄的温度窗口内运行，对实际出汗反应不佳。
2. 基于纳米多孔聚乙烯（nanoPE）的辐射织物允许身体的热红外辐射穿过，提供被动的“辐射冷却”，但这本质上是一种去除通道，而不是出汗过程中的“绝缘自我调节”。
3. 湿度执行器/吸湿织物在湿度增加时会改变形状/孔隙，扩大无线的“舒适区”——该方向正在迅速成熟。

• “智能”面料解决了这一问题。当活动快速变化时，服装的热舒适度会下降：运动时过热出汗，停止时因潮湿而导致体温过低。因此，近年来，自适应热/湿纺织品发展迅速，无需电池和复杂的电子设备即可调节热交换。评论强调了关键的载体——在纤维/织物层面动态管理热量和湿度。
• 为什么湿度/汗水是最好的“触发因素”。汗水是过热的主要快速指标：一旦局部湿度升高，系统就需要降低热阻（减少“膨胀”/气室）并增加蒸发；当汗水干燥后，再恢复隔热效果。因此，需要使用能够自动响应湿度而非外部温度的材料。这可以节省能源，并避免使用笨重的电子设备。
• 什么是细菌纤维素？它为何前景广阔？细菌纤维素是一种由醋酸菌（Komagataeibacter）“培养”的生物聚合物：它形成纳米纤维网络，具有高吸水性、高强度、高透气性和高生物相容性。在纺织/材料科学领域，细菌纤维素因其对水分的敏感性以及可再生原料的可持续生产而备受青睐。
• 一篇新文章填补了科学上的空白。大多数被动解决方案要么去除热量（辐射），要么缓冲热量（PCM），而没有考虑到湿度本身应该“切换”隔热层。《科学进展》中的研究将BC层用作保暖服装的“心脏”，它会随着汗水而变薄（空气减少→隔热效果降低），并在干燥时再次伸直——也就是说，它根据身体湿度构建了自我调节的隔热层。
• 领域背景：这适用于哪些领域？目前的趋势是朝着被动式、生物和聚合物系统发展，这些系统无需用户耗能即可扩大“舒适区”。此外，还有：新一代湿态执行器（显著扩大了舒适区）和纤维素/生物基辐射冷却——细菌纤维素 (BC) 非常适合个人热管理的这一“绿色”分支。
• 对行业的实际意义：如果BC保暖材料在可穿戴测试（洗涤、穿着、气味、响应阈值调节）中能够实现湿度控制的“丰满度”，制造商将拥有可扩展的生物基填充材料，用于冬季/运动层——减少运动时过热，减少静止时颤抖。这与辐射和PCM解决方案是互补的，而非竞争性的：它们可以组合成多层系统。

工作原理

• 细菌纤维素 (BC) 填充物是由无害细菌（大家熟悉的茶菌/康普茶）产生的天然纳米纤维“网”。这种膜轻盈、耐用、透气且亲水——能够完美地“感知”水分。
• 当你开始出汗时，衣服下的局部湿度会升高，纤维层会失去“蓬松感”并变得扁平——内部空气减少→隔热效果降低→身体更容易散发多余的热量。一旦你身体干燥，纤维层就会再次伸直，并由于纤维之间的空气而恢复高水平的隔热效果。这是一种简单的被动机制，作用于水分，而不是电子设备。

作者展示了什么

• 适应汗液和湿气。在干燥条件下，该材料的最大厚度约为13毫米，而在高湿度（模拟出汗）下，厚度会降至约2毫米。由于这种“可变厚度”，该原型与传统保暖面料相比，显著延长了热舒适时间，尤其是在“静止→负重”模式切换时。
• 该原理具有可扩展性。作者强调，“填充物”可以缝制成不同类型的衣服——从衬里到隔热层——并根据气候/负荷进行调整。

这到底有什么必要呢？

传统的保暖服装是一种妥协：内层越暖，“过热出汗”的风险就越高，而内衣湿透后又像“迷你桑拿房”一样，很容易过冷。纺织品会在出汗时削弱保暖性，干燥后又会恢复原状，这有助于保持“黄金平衡”，无需不必要的拉链、阀门和电池。水分在人体热管理中起着关键作用（热量通过蒸发带走），因此“智能”面料正越来越多地学习针对水分/湿度做出特定反应。

这与其他智能面料有何不同？

• 无需电子设备。与主动系统（热电偶/软体机器人）不同，这里采用的是纯粹的材料物理原理：湿润→变薄，干燥→变厚。它更简单、更便宜，而且可能更耐用。
• 不是“阀门”，而是“丰满”。此前，市面上出售的织物带有吸湿阀/孔，或者在聚合物嵌件上具有手风琴般厚度。如今，“手风琴”的作用已被天然纤维素所取代，这种纤维素已在医用敷料和“绿色”纺织品中得到广泛应用。
• 生态潜力。细菌纤维素具有生物相容性和可生物降解性，无需棉花和石油即可生长，其生产符合当前可持续材料的趋势。

哪些地方可以派上用场

• 城市和“办公室-街道-地铁”的冬季。活动和气候变化使身体更少地“感到”冷热——舒适感“持续”得更久。
• 登山/跑步活动。在爬山/跑步过程中，面料透气，在休息时又能保暖。
• 现场和生产条件。活动部件和电子设备越少，可靠性就越高。（BC 的轻便性和“透气性”更是锦上添花。）

限制

这仍然是一个科学开发和原型；它仍然需要进行日常佩戴测试：

• 耐久性和耐洗性（多次干湿循环，“终身干洗”），
• 长时间佩戴时的皮肤舒适度和气味，
• 针对不同的气候/出汗情况设置响应“阈值”，
• 将纤维素培养成织物卷的成本和规模。相比之下，“温度调节”织物领域正在蓬勃发展，但只有部分创意能够进入大众市场。

结论

“可适应汗液的服装”是对长达十年的湿度敏感和温度敏感纺织品研究的合理延续。《科学进展》杂志的一篇新论文将天然细菌纤维素作为自适应隔热材料的“核心”引入该领域，并展示了其厚度变化幅度较大（13毫米→2毫米），同时热舒适时间也得到延长，而且无需电线和传感器。

来源：汗液敏感自适应保暖服装，《科学进展》（AAAS），2025 年。DOI ：10.1126/sciadv.adu3472