新型熱防護材料研究進展

項舒琪 盧業虎

摘要：為分析熱防護材料領域研究現狀和未來發展趨勢，文章采用信息可視化、網絡分析的研究方法，以Web of Science（WOS）數據庫及中國知網（CNKI）數據庫中近30年（1993年1月—2023年6月）熱防護材料相關的文獻作為數據來源繪制可視化信息圖譜，對發文量、發文國家/地區和機構、研究方向、核心作者、關鍵詞等元素逐一進行分析，剖析熱防護材料研究領域的發展動態、研究熱點及前沿趨勢。結果顯示，美國、中國為主要研究國家，在該領域居重要地位；LI J（Li Jun）、SONG G W（Song Guowen）、SU Y（Su Yun）、LU Y H（Lu Yehu）、王云儀、朱方龍等作者為該領域的核心作者，在熱應激、熱防護服的研究中具有重要影響力；熱防護服的熱防護性與傳熱機制、人體的熱生理與熱舒適為活躍的研究主題與研究熱點；相變材料、氣凝膠、形狀記憶織物、蜂窩夾芯織物、三維間隔織物為當前的研究熱點材料，新型熱防護材料的研發、服裝內部結構的優化是未來研究中有效應對熱應激的解決方法，是兼顧熱防護服的熱防護與熱舒適平衡的重要途徑。

關鍵詞：熱防護材料；CiteSpace；可視化分析；熱應激；熱舒適；熱防護性

中圖分類號：TS941.73

文獻標志碼：A

文章編號：10017003（2024）02009511

DOI：10.3969/j.issn.1001-7003.2024.02.011

收稿日期：20230725;

修回日期：20231219

基金項目：江蘇省高等學?；A科學（自然科學）重大項目（21KJA540004）；蘇州市科技計劃項目（SS202147）

作者簡介：項舒琪（2000），女，碩士研究生，研究方向為服裝舒適性。通信作者：盧業虎，教授，博導，yhlu@suda.edu.cn。

在工業、消防、應急救援等領域，作業人員經常遭受火焰、高溫液體、輻射熱、高壓蒸汽等熱災害威脅，需要穿著特定的熱防護服來應對這些危害。環境中的熱量通過傳導、對流、輻射三種形式在“人體服裝環境”系統中傳遞。以火場為例，火場溫度通常可達到400～2500 ℃，熱對流和熱輻射是主要的傳熱方式，導致人體產生熱應激、皮膚燒傷甚至死亡。熱防護服作為保護作業人員生命安全的有效屏障，開發高性能熱防護材料及服裝具有重要的意義。

歐美國家早在20世紀50年代對熱防護服領域開展系統化研究，中國在熱防護領域的探索起步相對較晚。早期熱防護服的研究側重于對服裝熱防護性能的測評，旨在提高服裝的熱防護性能，但對其舒適性的關注較少。根據現行的行業標準GA 10—2014《消防員滅火防火服》，傳統的熱防護服由四層結構組成，分別是防護外層、防水透氣層、隔熱層、舒適層（圖1），各層發揮著不同的作用。盡管傳統的熱防護服已具備良好的熱防護性，但其過于厚重，人體在運動過程中，熱防護服內部會蓄積熱量和水分，穿著時間較長會出現體溫升高、心率加快等生理反應，增加作業人員的生理熱負荷和熱應激，對人體生命安全造成危害。因此，在保證熱防護性能的基礎上提高熱濕舒適性是目前該領域重點關注的研究方向。

熱防護性能指標有熱防護性能（Thermal Protective Performance， TPP）、二度燒傷時間t、三度燒傷時間t等，用于評定熱防護服的熱防護性能。熱防護服的防護性與舒適性與其使用的材料密切相關，熱防護服材料朝著輕質化方向發展。當前有較多國內外學者從事熱防護材料方面的研究，有關熱防護材料的成果數量與日俱增，但鮮有研究從文獻計量學角度對其研究方向和進展進行系統總結。本文采用信息可視化分析軟件CiteSpace對熱防護材料的研究熱點進行分析，深入了解新型熱防護材料的研究進展和動態前沿，探討各類新型熱防護材料的研究現狀與未來發展趨勢，以期為后續的研究提供基礎。

1 數據來源與研究方法

1.1 數據來源

本文通過對Web of Science（WOS）核心合集數據庫及中

國知網（CNKI）數據庫進行文獻檢索，以熱防護材料為檢索主題，設置時間跨度為1993—2023年（2023年6月12日）。檢索過程中關鍵參數設置及文獻數量如表1所示，共獲得文獻1 683篇（WOS共1 388篇、CNKI共295篇）。用CiteSpace中的數據處理工具對所下載的數據進行除重，文獻檢索中最終過濾出文獻1 265篇（WOS共1 017篇、CNKI共248篇）。

1.2 研究方法

將檢索獲得的數據記錄導入信息可視化軟件CiteSpace V 6.2.R5中，時間參數設置為1993年1月—2023年6月，時間切片為3年，主題詞來源使用軟件默認全選，選擇標準g-index默認值k=25，閾值選擇系統默認值Top 50，默認選擇不剪枝，節點類型依次選擇作者、機構、國家、關鍵詞、被引作者等進行多維度分析。軟件生成的圖譜中的節點大小和連線顏色表示發文量和所屬集群，節點表示所選擇的作者、機構、關鍵詞、國家等元素，連線兩端元素具有合作關系。

2 文獻統計

查看WOS核心合集數據庫的“引文報告”分析1 017篇所選文獻，獲得2 893篇施引文獻（去除自引），被引頻次達15 002次（去除自引），平均每篇被引頻次為18.43次，年度被引頻次和發文量如圖2所示。1993—2023年，WOS中熱防護材料相關文獻被引頻次和發文數量呈增長態勢。在1993—2007年處于平緩發展期，對熱防護服材料的研究仍處于起步階段，研究成果較少；在2007年之后研究成果急劇增加，雖在2018—2019年出現較大幅度的下降，但總體上發文量和被引頻次仍處于增長狀態。

查看CNKI的“計量可視化分析”分析248篇所選文獻，被引頻次達2 170次（去除自引），年度發文量如圖3所示。1993—2023年，CNKI中有關熱防護材料的相關文獻數量不斷攀升。在1993—2006年趨于平緩，在2007年之后迅速增加，與WOS發文量的趨勢相似。根據以上兩大數據庫的文獻統計，表明學術界對熱防護材料的關注度不斷攀升，作業人員的安全和生命健康問題受到廣泛關注。

WOS檢索結果分析顯示，熱防護材料的研究領域廣泛，其中排名前三的研究方向為材料科學（47.59%）、工程學（23.30%）、公共環境職業健康（13.47%）。由此可見，熱防護材料的研究在多個領域具有廣泛應用，運用材料科學和工程學的研究方法在改善公共環境職業健康方面具有重要作用。

3 共引網絡分析

3.1 國家、機構合作網絡分析

節點的中心性表示各國/地區之間的合作強度與影響力，使用CiteSpace軟件對各國/地區之間熱防護材料研究的合作網絡進行分析（圖4），中心性從強到弱的國家依次為美國（0.50，202篇，1993年）、澳大利亞（0.15，63篇，1994年）、英國（0.15，40篇，1996年）、中國（0.14，275篇，2006年），在熱防護材料領域有重要影響力。

使用CiteSpace軟件分別對WOS數據庫和CNKI數據庫的發文機構進行分析。在WOS數據庫中，熱防護材料的主要發文機構為東華大學（0.24，121篇，中國）、中央勞動保護研究所（0.02，37篇，波蘭）、瑞士聯邦技術研究所（0.04，37篇，瑞士）、瑞士聯邦材料科學與技術研究所（0.04，34篇，瑞士）、阿爾伯特大學（0.06，33篇，加拿大）、北卡羅萊納州立大學（0.04，27篇，美國），中心性最強的發文機構東華大學（中心性0.24）與其他發文機構的學術交流密切，合作關系良好。在CNKI數據庫中，熱防護材料高產機構有東華大學（58篇）、天津工業大學（33篇）、中原工學院（21篇）、蘇州大學（14篇）、浙江理工大學（13篇），其中東華大學發文量最高，影響力最大。

3.2 核心作者分析

3.2.1 發文作者

使用CiteSpace軟件對WOS數據庫的發文作者進行關鍵詞聚類，如圖5所示。所得研究集群為熱防護服、服裝熱阻與織物性能三大類，共涵蓋國內外作者共56名，其中發文量排名前5的作者分別為LI J（Li Jun，70篇）、SONG G W（Song Guowen，35篇）、SU Y（Su Yun，33篇）、LU Y H（Lu Yehu，23篇）、ROSSI R M（18篇）。

在WOS數據庫的發文作者合作網絡三大集群中，最大的集群為熱防護服，其主要研究人員為LI J（Li Jun）、SONG G W（Song Guowen）、SU Y（Su Yun）、LU Y H（Lu Yehu），這4位作者之間合作關系緊密，主要研究熱防護服的傳熱、儲熱、散熱，以了解熱應激與熱生理的關系，降低人體熱應激帶來的消極影響。其中，LU Y H等通過將形狀記憶合金運用于熱防護服中，實現空氣層的動態調節，提升熱防護與熱舒適。LI J與SU Y等制備了一種智能雙向熱調節的PCM涂層織物，有助于開發用于熱防護服的高熱容量和低放熱的PCM材料。SONG G W等通過氣凝膠與相變材料的結合應用，為減少熱防護服系統的質量和厚度提供新的解決方案。

使用CiteSpace軟件得到CNKI數據庫中關于熱防護材料相關文獻發文量排名前5的作者，分別為李俊、蘇云、朱方龍、盧業虎、王云儀。其中，李俊、蘇云、王云儀的合作關系密切，主要研究熱防護服的傳熱機制，并通過制備阻燃型相變微膠囊涂層織物來提高相變調溫防護服的使用安全性。朱方龍通過將相變材料應用于熱防護服來研究服裝的傳熱、熱防護性能，利用數值模擬研究了相變材料在服裝中的位置關系，驗證了含相變材料的熱防護服應對高溫環境溫度突變的有效性。盧業虎將石墨烯氣凝膠、形狀記憶材料分別應用于熱防護服面料系統，通過創新熱防護服面料達到提升熱舒適的目的。

3.2.2 共被引作者

表2為出現頻次與中心性分別排名前5的共被引作者。其中，TORVI D A不僅具有較高的被引頻次，還具有較強的中心性，其研究內容在熱防護領域具有重要價值。早在1994年，TORVI D A開發了多層有限元模型，用于預測模擬閃火條件下的二度和三度燒傷時間；隨后，TORVI D A基于小尺寸臺式測試建立了由織物到傳感器的傳熱模型，為后續熱防護領域傳熱的研究奠定基礎。在前期學者研究的基礎上，SONG G W等建立了用于預測低熱輻射暴露下消防員熱應激的數值模型，為兼顧熱防護性能與熱舒適性提供新思路。HAVENITH G、HOLMER I、LOTENS W A、PSIKUTA A及NUNNELEY S A主要從事人體熱舒適與熱平衡方面的研究，減少熱應激對人體的傷害。其中，HAVENITH G通過引入熱應激指數和模型來量化熱應激，有助于降低熱應激概率。BARKER R L和LU Y H研究內容廣泛，主要研究在熱暴露下熱防護服的熱防護性能及傳熱和儲熱等方面的內容。其中，LU Y H等通過在熱防護服中引入形狀記憶合金，增加熱防護服內的空氣層厚度，有效延緩二度燒傷時間，為熱防護服的熱防護與熱舒適的研究提供新方向。

3.3 關鍵詞分析

關鍵詞是文章內容的高度概括，通常用于分析該領域的新興研究趨勢。使用CiteSpace軟件對WOS中所選文獻進行關鍵詞共現分析，獲得1993—2023年熱防護材料領域的研究動態。表3為WOS中出現頻次排名前10的關鍵詞，其中熱應激、傳熱及熱舒適與前文中WOS的核心作者的主要研究方向一致，表明熱防護服的熱防護性與傳熱機制、人體的熱生理與熱舒適受到學術界的廣泛關注，熱防護服需要在滿足熱防護性的基礎上圍繞人體熱生理進行合理設計。

表4為CNKI中出現頻次排名前10的關鍵詞，相變材料、氣凝膠在熱防護材料中占重要地位，當前大多數熱防護服中通過使用這兩種材料來保障人體的熱舒適。服裝的熱防護性、阻燃性、空氣層與前文中CNKI的核心作者的主要研究方向一致，空氣層厚度與傳熱關聯程度大，研究者通過改變空氣層厚度來延緩二度燒傷時間，保障人體熱生理處于舒適范圍。

通過對WOS和CNKI兩大數據庫進行關鍵詞分析，可得到熱防護服的熱防護性與傳熱機制、人體熱舒適和熱生理是研究重點。SU Y等建立了熱源、防護服、空氣層之間的熱濕傳遞耦合模型，為新型熱防護材料的研制提供了理論基礎。ONOFREI E等開發了低輻射熱條件下防護服的傳熱模型，為材料和服裝設計提供系統指導，實現最佳熱防護性和熱舒適性。通過研究傳熱機制，了解熱防護服的傳熱、散熱情況，為設計高效熱防護服提供新思路。傳熱機制與人體熱生理響應、熱舒適相關，熱防護服需要具備較低蒸發阻力、更輕的質量才能在濕熱環境下緩解熱應激。MANDAL S等通過開發多元線性回歸和人工神經網絡模型，用于預測熱防護服織物的熱防護性和生理舒適性，更高效、便捷、準確地實現性能預測，開拓了熱防護性和熱舒適性的測試方法。在動態穿著條件下，特別是惡劣的高溫環境下，熱防護服在人體與環境之間的傳熱和舒適性是重要因子。熱防護服的面料系統應給穿著者提供最佳的熱防護和熱舒適，為作業人員提供更好的職業健康與安全。

4 新型熱防護材料研究熱點

通過前文分析發現，著眼于熱防護性、傳熱機制、熱應激與熱生理的研究，提升熱防護服的熱舒適性成為當前的研究熱點。新型熱防護材料的研發、服裝內部結構的優化是有效應對熱應激的解決方法。當前，相變材料、氣凝膠在熱防護領域的應用廣泛，在近五年中陸續出現各種新型熱防護材料，如蜂窩夾芯結構材料、形狀記憶材料、三維間隔織物，這三種材料利用空氣優良的隔熱性能來減緩熱量傳遞速度，通過增加空氣層厚度來進行有效熱防護，并提升熱舒適。

4.1 相變材料與氣凝膠

相變材料是一種隨外界溫度變化而改變儲能的調溫材

料，“固液”型相變材料因具有較大的相變潛熱且使用方便而廣泛用于熱防護領域。很多研究證實了相變材料可有效降低熱應激，減輕個體防護設備質量并提高舒適性。表5為相變材料的制備方法及其在熱防護服中的相關應用。

各學者通過實驗驗證了相變材料在熱防護服中應用的可行性與有效性。GAO C S等通過真人生理實驗得出，熔化溫度較低的相變背心冷卻效果更好；馮倩倩等實驗發現，經后整理的Outlast 纖維與腈綸混紡的調溫織物作為消防服的舒適層能有效減緩熱量傳遞；鄢瑛等采用微膠囊制備制冷背心，發現配備制冷背心的熱防護服一定程度上可改善防護服內的儲存熱。此外，MCCARTHY L K等、BUHLER M等、FONSECA A等、ZHU F L等同樣專注于研究相變材料的成分、潛熱、質量、熔化溫度等因素在消防服中的應用，有效實現個體熱管理。

相變材料在熱防護領域的應用廣泛，但仍存在液相材料泄漏、相變材料的溫度調節不可控、需要定時安裝和更換相變材料、妨礙蒸發冷卻、負荷較大導致行動不便等問題。PCM如何規避缺陷、有效應用于熱防護服，以提高防護服的熱防護與熱舒適性仍然是當前探討的熱點問題。近年來學者多注重于將相變材料與其他材料相結合并應用于熱防護領域，以改善相變材料的使用缺陷，實現熱防護與熱舒適最佳效果。

氣凝膠是一種超高孔隙率的三維納米多孔材料，具有質

量輕、隔熱等特點，廣泛用于航空航天、消防等領域。表6為氣凝膠的三種制備方法及各種制備方法的優缺點。

早在19世紀30年代已制出氣凝膠材料，但并未廣泛應用于熱防護領域。張興娟等制備SiO氣凝膠作為新型隔熱材料，發現其熱傳導率為傳統熱防護材料的四分之一，質量減輕70%以上，可有效降低重量負荷與傳熱速率。許魯等制備SiO氣凝膠混合于芳綸1313/1414非織造布中并復合PTFE膜，顯著提升其隔熱阻燃效果。ALTAY P等使用聚丙烯腈納米纖維與SiO氣凝膠膜復合制成織物系統的防水透氣層，實現了輕質、良好的熱舒適性和熱防護性。

氣凝膠材料雖隔熱性能優異，但其力學性能、透氣透濕性能不佳，阻礙穿著者熱量和水分的釋放，限制了其在熱防護領域的應用。因此，提升氣凝膠的結構穩定性與力學性能是當前氣凝膠的研究熱點。錢晶晶等制備聚酰亞胺氣凝膠代替SiO氣凝膠，改善了純氣凝膠材料的力學性能。還有不少學者提出將氣凝膠和相變材料結合使用來解決力學性能問題。如ZHANG H等、SHAID A等致力于研究氣凝膠與相變材料的結合方式，減輕織物質量的同時提高服裝的熱防護與熱舒適，延長二度燒傷時間。

4.2 新型熱防護材料

蜂窩夾芯織物、形狀記憶材料、三維間隔織物是近些年應用于熱防護領域的新型熱防護材料，均是利用空氣導熱系數低的原理進行設計。

蜂窩夾芯結構源于仿生學的六角形蜂巢結構，具有熱穩定性好、質量輕、隔熱性能優異、吸濕透氣、舒適性好、高規格強度硬度等特點，在熱防護領域用于降低多層織物組合的面密度，改善防護服笨重的問題，通過三維結構提升熱防護服的功能防護性與熱濕舒適性。蜂窩夾芯結構作為近五年新興的熱防護材料，在熱防護領域有較大的發展空間。李小輝團隊致力于此方面的研究，發現熱防護性與蜂窩夾芯的邊長、壁厚、芯厚、孔型結構及開孔方式等因素息息相關，證實蜂窩孔洞錐形、斜孔結構兩者具有更佳的熱防護性能。

形狀記憶材料是經高溫處理后塑形，冷卻后隨意改變形狀，再次加熱至形變溫度后完全恢復到原始形狀的智能材料，包括形狀記憶合金（SMA）、形狀記憶環（SMR）、形狀記憶合金彈簧（SMAs）、形狀記憶聚合物（SMP）、形狀記憶織物（SMF）等，其具備可調節性，在熱防護領域用于改善熱防護與熱舒適。

將形狀記憶材料運用于熱防護領域，可有效降低熱流量，延長火場救援時間。以SMR為例，HENDRICKSON B W將7 mm空氣層的SMR置于面料系統中，在熱輻射條件下SMR產生的空氣層使皮膚維持在較低的溫度范圍。YATES D A將形狀記憶合金盤成中部拱起的8字形SMR，固定于熱防護服的肩部、上臂的隔熱口袋內，并在HENDRICKSON B W的基礎上進行真人實驗，顯示SMR可顯著降低服裝內部局部熱流量。WHITE J P實驗發現，SMR置于防水透氣層外部的隔熱效果更佳。以SMAs為例，CONGALTON D研究發現SMA彈簧的形變溫度接近二度燒傷溫度（45℃）時，彈簧的隔熱效果更優。王麗君等研究SMA彈簧的排列方式和形變高度對熱防護性能的影響，發現1個彈簧中心排列與三個彈簧對角排列的隔熱效果更優，且全高型較減半型隔熱效果更好。以SMF為例，LAH A S等開發了一種形狀記憶鎳鈦緯編針織面料用于消防服的隔熱層，構筑智能防護系統，提高局部隔熱性并保護人體皮膚免受燒傷。WANG L J等開發由鎳鈦合金和芳綸織物制造的SMF，從長絲間隔、SMF位置、水分含量方面探究對熱防護性能的影響，結果顯示：使用相鄰兩長絲2 cm間隔且接近防護外層的潮濕SMF的智能織物系統，具有更優的熱防護性和熱舒適性。但目前除YATES D A外，其他學者只局限于局部面料的隔熱性能測試，缺乏形狀記憶材料在熱防護服中應用的整體實驗測試。作為一種新型熱防護材料，形狀記憶材料在熱防護服中的應用具有巨大的發展前景，有待進一步研究探索。

三維間隔織物是由若干間隔紗連接上下兩個織物層形成的三維立體結構織物，此結構可儲存大量靜止空氣，具有質量輕、吸濕透氣性好、抗壓縮等特點，在熱防護領域具有較大的發展潛力。目前，三維間隔織物優異的隔熱性能已通過實驗證實，如CHEN Q等研究表明間隔織物的隔熱效果比傳統織物高5～16倍。李紅燕等證實三維阻燃間隔織物應用于消防服中可有效減輕消防員熱負荷。但由于間隔織物中含有大量空氣，在強迫對流的情況下，織物中的靜止空氣會產生熱對流，使織物的隔熱性能減弱。目前解決此類問題的主要途徑是通過降低間隔織物的透氣性來增強隔熱性。MAO N等通過水刺技術在針織墊片織物的一側附著輕質羊毛網以阻擋表面的網孔，降低間隔織物的透氣性和導熱性。

三維間隔織物多與隔熱材料復合使用，以提升兩者使用性能。王漢玉等用無堿玻璃纖維紗制備間隔織物、使用白炭黑為填充材料，實驗發現間隔織物的結構主要影響復合材料的隔熱均勻性，而織物的隔熱性隨著隔熱材料填充量的增加而提升。葛東升制備了芳綸/聚酰亞胺間隔織物，在高溫下可保持良好的力學性能，兼具隔熱、質輕特點。但無機材料扭轉性差、織造困難，有機材料燃燒會產生有害氣體，使用較少，目前SiO氣凝膠與間隔織物的復合效果較好，在熱防護領域的發展空間廣闊。王漢玉將SiO氣凝膠填充到玻璃纖維間隔織物中，對比先前的白炭黑填充材料，SiO氣凝膠填充的隔熱效果更佳。ISLAM S R等將SiO氣凝膠涂覆于間隔織物表面，發現SiO氣凝膠與間隔織物復合使用的隔熱效果提升。

5 結 論

本文使用CiteSpace信息可視化軟件對1993—2023年WOS數據庫和CNKI數據庫中的熱防護材料相關文獻進行可視化處理，對所選文獻中的發文量、發文國家/地區和機構、研究方向、核心作者、關鍵詞等元素進行逐一剖析，分析當前熱防護材料的研究現狀及研究熱點，得到的研究結論如下。

1）通過文獻分析可知熱防護材料的相關文獻發文量呈增長態勢，學科交叉融合性強，熱防護服的材料、消防員的職業健康備受關注。

2）美國、中國為主要研究國家，在該領域居主導地位。東華大學（中國）、中央勞動保護研究所（波蘭）、瑞士聯邦技術研究所（瑞士）、瑞士聯邦材料科學與技術研究所（瑞士）、阿爾伯特大學（加拿大）、北卡羅萊納州立大學（美國）等機構學術網絡關系密切；LI J（Li Jun）、SONG G W（Song Guowen）、SU Y（Su Yun）、LU Y H（Lu Yehu）、王云儀、朱方龍等作者為該領域的核心作者，在熱應激、熱防護服研究中具有重要影響力；熱防護服的熱防護性與傳熱機制、人體的熱生理與熱舒適屬于重要研究熱點。

3）相變材料、氣凝膠、形狀記憶織物、蜂窩夾芯織物、三維間隔織物為近年來的熱點材料，在平衡熱防護與熱舒適方面有著重要作用，促進了傳統熱防護材料的更新換代，但材料使用過程中潛在的問題仍需重點關注并改善。

4）利用新型熱防護材料進行應用創新，將不同材料和結構進行優化組合，降低熱應激對人體的影響，使熱防護和熱舒適的綜合性能達到最優化是未來熱防護材料的重點研究方向。

本文基于CiteSpace信息可視化軟件的分析結果，得出熱防護服的熱防護性、傳熱屬性、熱舒適性是設計熱防護服的重要內容，羅列出當前應用于熱防護服的熱門材料，并總結其優缺點和應對之策，為熱防護服的設計與研究提供參考。在未來研究中，數值模型將成為評價熱防護服熱防護性與舒適性的主要方法，未來研究將趨向于各隔熱材料之間的復合使用，以規避各類材料的缺陷，熱防護服的設計將朝輕質、高效、舒適方向發展。

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Research progress on novel thermal protection materials

XIANG Shuqi， LU Yehu

（a.College of Textile and Clothing Engineering; b.National Engineering Laboratory for Modern Silk， Soochow University， Suzhou 215006， China）

Abstract：Thermal protective clothing is an effective barrier to protect the safety of workers in the fields of industry， fire protection， and emergency rescue. The development of high-performance thermal protective materials and clothing is of great significance. At present， the traditional fabric system used for thermal protective clothing is composed of a four-layer structure. Although the protective performance is satisfactory， the fabric is too thick and bulky， and the physiological heat load and heat stress of operators will be caused for a long time of wearing. Therefore， improving thermal comfort while ensuring thermal protective performance is a key research direction in this field. In recent years， the number of research on thermal protective materials has been increasing， but there is rarely a systematic summary of their research direction and progress from the bibliometric perspective. The information visualization analysis software CiteSpace was used to analyze the research hotspots of thermal protection materials， understand the research progress and dynamic frontiers of new thermal protective materials， explore the research status and future development trends of various new thermal protective materials， and lay the foundation for subsequent research.

By using CiteSpace information visualization software to visualize the literature related to thermal protective materials in the WOS database and CNKI database from January 1993 to June 2023， the selected literature was analyzed one by one， including the publication volume， publication country/region and institution， research direction， core authors， keywords， and other elements. The current research status and research hotspots of thermal protection materials were analyzed. The publication volume of relevant literature shows an increasing trend in the two major databases， with strong interdisciplinary nature， and research in this area has received widespread attention. In addition， China and the United States are the main research countries in this field， with Chinese authors accounting for the majority of the core authors. They have significant contributions in heat stress， thermal protective performance， heat transfer mechanisms， human thermal physiology and thermal comfort.

Based on the above data analysis， the mainstream materials and emerging materials in the field of thermal protection in recent years were obtained， including phase change materials， aerogels， shape memory fabrics， honeycomb sandwich fabrics， and three-dimensional spacer fabrics. The present situation and application of these fabrics were analyzed and studied. Specifically， phase change materials and aerogel materials are widely used in the current thermal protection field， but phase change materials have drawbacks such as leakage of liquid phase change materials， uncontrollable temperature regulation of phase change materials， regular need of replacement， evaporative cooling hindering， and inconvenient mobility due to heavy load. By contrast， aerogel materials have problems like poor mechanical properties. The defects of materials can be improved by combining phase change materials with other materials such as aerogels to achieve the best performance of thermal protection and thermal comfort. Honeycomb sandwich fabrics， shape memory materials， and 3D spacer fabrics are new types of thermal protective materials that have been applied in the field of thermal protective clothing in recent years. They are all designed based on the principle of low air thermal conductivity to achieve better thermal protection and thermal comfort. The key research directions for future thermal protective materials include innovating applications with new thermal protective materials， optimizing the combination of different materials and structures， reducing the impact of heat stress on the human body， and optimizing the comprehensive performance of thermal protection and thermal comfort.

Heat stress， thermal protection， heat transfer mechanisms， and human thermal physiological thermal comfort are currently hot topics in the field of thermal protective clothing， and have important influence on the research of balancing thermal protection and thermal comfort. Based on the aforementioned hot research， developing new thermal protection materials is an important strategy for improving thermal protection and comfort. Existing studies have confirmed the feasibility of phase change materials， aerogels， honeycomb sandwich fabrics， shape memory materials and 3D spacer fabrics in improving thermal protection and thermal comfort. Various solutions have been proposed to deal with the defects of various materials one by one. Three new types of thermal protective materials have great application potential， and further studies are still needed in the future.

Based on the analysis results of information visualization software CiteSpace， it is concluded that the thermal protection， heat transfer properties， and thermal comfort of thermal protective clothing are important aspects of designing thermal protective clothing. It sorts out the popular materials currently used in thermal protective clothing， summarizes their advantages， disadvantages and countermeasures， and provides reference for the design and research of thermal protective clothing. In future studies， numerical models will become the main method for evaluating the thermal protection and comfort of thermal protective clothing. Future research will tend to combine the use of various insulating materials to avoid defects in various materials. The design of thermal protective clothing will be towards light weight， efficient， and comfortable directions.

Key words：thermal protective materials; CiteSpace; visualization analysis; heat stress; thermal comfort; thermal protective performance