1.智能，未來科技
隨著2007年第一代iPhone發(fā)布之后，特別是近5年以來，智能已經(jīng)成為了所有行業(yè)的一個發(fā)展的共同方向，包括智能手機，智能制造，人工智能等等等等，而他們也有一個共同的目的，那就是提高效率，提升用戶體驗，讓一切變得簡單。而談到智能服裝，算是所有智能系產(chǎn)業(yè)中的一個小小小baby吧，到現(xiàn)在全球范圍內(nèi)也只是初級研發(fā)階段，產(chǎn)出了一些“半智能服裝”，就是那些沒有實現(xiàn)完全自主采集及處理各種變化量或者數(shù)據(jù)，而我最終想要實現(xiàn)的，是真正意義的智能服裝，他將具備高度自主采集，分析，處理數(shù)據(jù)的能力，同時具備防水，抗污的能力，但這些能力加成并不會影響其最基礎(chǔ)的性能，那就是穿著舒適度，包括透氣性，彈性，懸垂性等等，畢竟追根究底，其本質(zhì)依舊是一件服裝，所以對于智能服裝，有幾點基本的要求：柔軟（soft），柔性（flexible），可洗（washable）。
2.智能服裝的分類
我們可以根據(jù)服裝的不同功能來分為以下幾類：
2.1.智能加熱服裝
現(xiàn)今在世界范圍內(nèi)已經(jīng)公開發(fā)售的智能服裝中，智能加熱服裝是現(xiàn)今研發(fā)及銷售最突出的產(chǎn)品。我們可以通過兩種方式來實現(xiàn)服裝的加熱功能：一種是制作加熱模塊，然后把加熱模塊植入到普通的服裝之中，第二種是生產(chǎn)出可進行加熱的紗線，直接使用這種紗線來進行織物的織造【1】。現(xiàn)在所有的加熱服裝都使用第一種方法進行設(shè)計與生產(chǎn)，加熱模塊有兩種不同的形狀，一種是薄片狀，一種是線狀。薄片狀的發(fā)熱模塊可以更均勻。Fig.2.1是某品牌的加熱服裝原理圖，根據(jù)wang等人的文章【2】，實現(xiàn)服裝的加熱一共有四種方法：1.電子加熱，2.相變材料，3.化學(xué)加熱，4.熱流體加熱。目前為止，絕大部分的加熱服裝都使用電子加熱的方法來達到目的，因為其可以實現(xiàn)主動的調(diào)溫。一部分加熱服裝也使用相變材料來達到控溫的目的，相變材料可以實現(xiàn)雙向控溫，既可以在溫度高時通過液化吸熱來降低人體溫度，又可以在相對較冷的條件是通過固化放熱來實現(xiàn)升溫，不過相對于電子加熱，其控溫效果有限，時效較短，而且制作過程復(fù)雜。
2.2. 智能保健服裝（理療服裝，睡眠監(jiān)測等）
智能保健服裝也是智能服裝中的一個重要領(lǐng)域，通過加熱理療，磁療等保健方法按摩穴位或者受傷部位（拉傷等）來實現(xiàn)輔助治療及保健作用（Fig. 2.2是智裳科技研發(fā)的一款理療內(nèi)衣）。睡眠監(jiān)測也是一個重要的方面，通過安裝在睡衣上的柔性傳感器，可以實現(xiàn)對于睡眠的監(jiān)測以及睡眠質(zhì)量的評估。
2.3.醫(yī)用智能服裝（醫(yī)療級數(shù)據(jù)監(jiān)測及疾病診斷）
醫(yī)用智能服裝結(jié)合了生物學(xué)，傳感器科學(xué)，紡織科學(xué)，醫(yī)學(xué)等多學(xué)科的科技，實現(xiàn)了高精準度的對于心率，血壓，血氧等多種數(shù)據(jù)的監(jiān)測，為醫(yī)生的診治及病人的病情監(jiān)測提供了寶貴的參考數(shù)據(jù)。
2.4.運動用智能服裝（身體數(shù)據(jù)監(jiān)測并提供訓(xùn)練建議）
Fig. 1.1 是某公司生產(chǎn)的運動身體數(shù)據(jù)監(jiān)測智能服裝。該服裝通過對于心率，血氧等數(shù)據(jù)的監(jiān)測，為運動員或者健身愛好者提供了身體的保護以及幫助他們合理規(guī)劃訓(xùn)練量，相對于醫(yī)用級智能服裝，運動用服裝的監(jiān)測精確度會有所下降，但是其在人體運動狀態(tài)下的監(jiān)測能力卻顯著提升。
2.5.光學(xué)智能服裝（支持改變服裝顏色等）
Fig. 2.3 是智裳科技研發(fā)的一款可以實現(xiàn)自動變色的婚紗。光學(xué)智能服裝可以為人們提供一款隨時app變色的服裝，在舞臺演出，婚禮慶典等會有較好的作用。
在本篇文章中，我們主要來探討一下智能加熱服裝的材料，結(jié)構(gòu)以及生產(chǎn)方法。
3.智能加熱服裝材料
關(guān)于智能加熱服裝的材料，可以分為基礎(chǔ)材料（background material）和發(fā)熱材料（heating material）,由于基礎(chǔ)材料完全可以使用普通的服裝材料，所以我們今天來主要探討一下通過電子加熱來實現(xiàn)恒溫的發(fā)熱材料的問題，服裝升溫的原理是，在發(fā)熱材料兩端產(chǎn)生不同的電動勢，就會造成紗線內(nèi)電子的流動，從而因為電阻的存在，將部分能量轉(zhuǎn)化為熱能【3】，所以我們的發(fā)熱材料必須為導(dǎo)電材料。現(xiàn)在常用的發(fā)熱材料有以下幾種：金屬纖維（不銹鋼復(fù)合紗線，鍍銀紗線），碳纖維，石墨烯復(fù)合材料等。當電容器電壓恒定時，顯而易見，根據(jù)P=V^2/R這個公式，我們可以得出當電阻越小時發(fā)熱的功率越大，但是，當電壓恒定，而電阻過于小的時候，根據(jù)歐姆定律，我們可以知道通過的電流也會相應(yīng)增大，這樣就極有可能造成發(fā)熱材料熔斷的情況，所以，在短期內(nèi)沒有新材料出現(xiàn)的情況下，我們在選擇發(fā)熱材料的過程，其實是一個相對取舍，得到一個最佳點的過程，是一個陰陽轉(zhuǎn)換的過程，多一份則熔斷，少一分則溫度不足。
接下來再說到我們現(xiàn)有的幾種材料，鍍銀紗線，碳纖維或石墨纖維，石墨烯復(fù)合材料。
鍍銀材料(Fig.2.4)是使用最為廣泛的一種加熱材料，一般情況下使用高彈紗線作為基底（substrate），例如萊卡紗線，然后在其表面用涂層技術(shù)制作一層銀涂層，此技術(shù)已經(jīng)十分成熟，其特點是電阻低，對人體無害，有殺菌作用，其電阻可以低至幾歐甚至不足一歐每米。比較不好的特點是，銀會在長期較高溫度下分解（degrade），影響服裝的使用壽命。
碳纖維或者石墨纖維（Fig. 2.5），含碳量高于90%的無機高分子纖維稱為碳纖維，含碳量高于99%的無機高分子纖維稱為石墨纖維。這種耐腐蝕，電阻低（數(shù)歐姆到數(shù)百歐姆之間），對人體無害，耐高溫，是比銀更為理想的加熱材料，而且其模量是傳統(tǒng)的凱夫拉材料（防彈材料）的3倍之多，以后在單兵系統(tǒng)中的使用也會更加廣泛，但是由于其剪切強度（shear strain）較低，在服用中，人們會經(jīng)常彎腰，運動等，所以可能會出現(xiàn)斷裂等情況。
最后一種是石墨烯材料(Fig.2.6)。石墨烯作為材料世界新興的寵兒，現(xiàn)在正在被各方面的材料學(xué)家所關(guān)注，華為技術(shù)有限公司也投巨資在曼徹斯特大學(xué)國家石墨烯研究院進行石墨烯電容器等研究，但截止到目前為止，以我的觀點來看，Graphene is Nothing（石墨烯一無所獲），在發(fā)熱材料這方面，石墨烯具有超強的導(dǎo)電，導(dǎo)熱，柔韌，但是由于其提取工藝復(fù)雜，到目前為止也難以見到高純度石墨烯墨水，這就導(dǎo)致了其各種性能的急劇下降。換句話說，石墨烯是有很多不錯的性能，但是我們現(xiàn)在并不能得到純體石墨烯?，F(xiàn)在的情況是，在用了很多種不同公司生產(chǎn)的石墨烯墨水，進行涂層以后，最低的電阻也在數(shù)萬歐，一般都在兆歐級別，這也就導(dǎo)致了在同樣的電壓情況下，前兩種材料可能已經(jīng)加熱到60度了，石墨烯材料可能只有十幾度甚至二十度。
4.發(fā)熱模塊的材料結(jié)構(gòu)
紡織品發(fā)熱模塊以其穿著舒適性而領(lǐng)先于其他發(fā)熱模塊，常見生產(chǎn)方法有：機織，針織，非織造三種方式。在使用同種導(dǎo)電紗線的情況下，非織造紡織品具有很高的電阻，所以一般在發(fā)熱模塊中不太使用。機織紡織品相對于針織紡織品具有較低的電阻，但是針織品一般具有更大的可伸縮性，所以根據(jù)不同的最終用途，這兩種結(jié)構(gòu)可以進行選擇。由于機織物的結(jié)構(gòu)對于發(fā)熱性能的影響十分有限，所以我們今天主要來談一談針織物的三種常見結(jié)構(gòu)：plain, rib and interlock.
interlock結(jié)構(gòu)相對于plain和rib結(jié)構(gòu)，由于此結(jié)構(gòu)的織物電阻較小，所以會產(chǎn)生更高的溫度，不過由此也導(dǎo)致了涂層更快地降解，
5.Deposition
對于涂層技術(shù)，現(xiàn)在大概分為兩種：一種是涂層技術(shù)（coating），一種是印刷技術(shù)（printing）。涂層技術(shù)又有：氣相沉淀法，溶液聚合法等等。印刷技術(shù)主要依靠噴墨打印機，以導(dǎo)電性材料為墨水，進行電路的印刷。
涂層技術(shù)：相對于溶液聚合法(Solution Polymerization)，氣相沉淀法（Chemical Vapor Deposition）會形成相對整齊的表面，出現(xiàn)斷點的幾率也比較低，但是有過程復(fù)雜，花費過大的缺點，溶液聚合法過程相對簡單，條件也沒有那么苛刻，但是會出現(xiàn)涂層不勻等現(xiàn)象（Fig. 5.1），增加了退漿率，從而影響服裝的使用壽命。
印刷技術(shù)：
印刷技術(shù)相對于涂層技術(shù)有絕對的優(yōu)勢，因其在印刷電路的過程中，出墨量及運動速率完全由電腦控制，所以并不會出現(xiàn)線路缺損等問題，然而，由于墨水的特殊流體力學(xué)性質(zhì)，它會受到咖啡環(huán)效應(yīng)（Coffee Ring Effect）的嚴重影響，降低了線路的連續(xù)性，還有墨水在進入布料以后會有不受控制的擴散效應(yīng)，所以印刷技術(shù)還不是很成熟。
引用
1.Kayacan, O.; Bulgun, E.Y. Heating behaviours of metallic textile structures.Int. J. Cloth.? ? ? ? ? ? ? Sci.Technol.2009,21, 127–136.
2.Wang F, Gao C, Kuklane K, et al. A review of the technology of personal heating garments.? ? ? ? Int J Occup Safety Ergonom2010; 16: 387–404.
3.Flandin L, Brechet Y and Cavaille JY. Electrically conductive polymer nanocomposites as deformation sensors.Compos Sci Technol2001; 61: 895–901.
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本來想些一片最近的做研究的想法的，通過一些科學(xué)的東西來表達一些自己的態(tài)度和想法，沒想到慣性思維讓我寫成了科普文甚至科技文。。。。
