














摘要: 為探析調溫服裝領域的研究現狀和發展趨勢,本文基于文獻計量法與文獻綜述法,以中國知網CNKI數據庫和Web of Science核心合集數據庫中相關文獻為數據來源,通過VOSviewer和CiteSpace兩款可視化軟件,對調溫服裝研究的年發文量、發文作者、發文機構、發文國家(地區)、關鍵詞共現和聚類、關鍵詞時間線等信息,進行科學知識圖譜分析與描述性統計分析,以多維角度探索調溫服裝的研究熱點與前沿。研究結果表明:2000年至今,國內外調溫服裝研究多應用于消防救援、醫用防護、煤礦與隧道施工等處于極端工作環境的行業領域,且更加側重于從人體生理反應數據對調溫服裝的性能進行優化,從服裝逐步聚焦到著裝者自身;調溫方式、調溫服裝的性能評價、調溫服裝與人體生理指標的相互作用則是當前調溫服裝領域的研究熱點;未來發展應以提升對輕量化、高效能的外源設備和新型調溫材料的研發,建立健全相關的行業標準與生產技術規范,開展多維度的性能評價體系,立足于數智協同、研發多功能集成化的智能調溫服裝為主要方向。
關鍵詞: 調溫服裝;降溫服;加熱服;熱防護服;相變材料;可視化分析;體溫調節;智能服裝
中圖分類號: TS941.731
文獻標志碼: A
文章編號: 10017003(2024)12期數0104起始頁碼13篇頁數
DOI: 10.3969/j.issn.1001-7003.2024.12期數.011(篇序)
應用于消防救援、施工作業、邊防巡邏等極端工作環境中的調溫服裝,能夠有效避免作業人員因體溫失衡所引發的風險[1]。隨著調溫服裝市場需求的日益增長,學者針對該領域的文獻研究隨之增加,但研究對象多以單一的調溫材料、降溫服或防寒服為主,對其現狀的研究方法也多以文獻綜述為主,缺乏對調溫服裝領域系統且可視化的梳理。隨著可視化分析法在紡織服裝領域逐漸興起,諸多學者利用如VOSviewer、Gephi、CiteSpace等可視化工具,對所研究領域的發展態勢進行分析。因此,為更加系統地了解調溫服裝領域的研究現狀與發展歷程,把握調溫服裝的前沿動態與熱點,本文依托VOSviewer和CiteSpace兩款文獻計量可視化工具,以文獻計量與可視化分析為視角,結合文獻綜述法,從多維度對調溫服裝領域的學術文獻進行系統梳理,旨在助推調溫服裝后續研究的進一步發展。
1 研究方法與數據來源
1.1 數據來源與處理
本文選取CNKI知網數據庫和Web of Science(WOS)核心數據庫作為數據來源,設定檢索日期為2000-01-01至2024-03-01。CNKI數據庫檢索式樣為主題=“調溫服OR防寒服OR加熱服OR發熱服OR空調服OR降溫服OR冷卻服”,共檢索出中文文獻856條。為確保數據采集準確率,從中去除重復文獻并篩除新聞、報紙、與主題不相關和信息不全等文獻,最終采用有效中文文獻621篇。針對英文文獻數據遴選,本文將檢索條件設置為TS=(thermal regulation garment OR Cold protective clothing OR Cold protective garment OR heating garment OR Air conditioning clothes OR cooling clothing OR cooling garment) AND TS=(human),并利用WOS數據庫中的“高級檢索”與“精確檢索”功能,共獲取910條文獻,經過篩選后采用有效英文文獻763篇。
1.2 研究方法
本文以“選擇數據庫→數據預處理→可視化分析→圖譜調節和美化→結果解讀與分析”為主要研究路徑,如圖1所示,選用荷蘭萊頓大學CWTS機構開發的VOSviewer(版本為1.6.20)與美國德雷塞爾大學陳美超教授基于JAVA程序開發的CiteSpace(版本為6.2.R7)兩款文獻計量可視化軟件,以CNKI與WOS核心數據庫中調溫服裝領域文獻為數據來源,通過文獻計量法結合文獻綜述法對調溫服裝領域研究進展與趨勢進行多維計量和可視化分析,進而分析了調溫服裝領域的發展進程、研究前沿與熱點等信息。
2 調溫服裝領域研究分布情況
2.1 調溫服裝領域年發文量分析
基于調溫類服裝研究文獻數量的年度變化趨勢(圖2),可以觀察到不同時間段內國內外調溫服裝研究熱度及態勢。由圖2可見,中、英文調溫服裝研究文獻數量在2000—2021年均呈現穩步增長勢態;其中,2019—2021年中、英文文獻發文量均迅速上升,這主要與COVID-19期間醫用防護服的調溫需求相關;近幾年國際上不斷涌現新的調溫材料與技術,吸引了更多國際學者對該領域的關注,也導致2022—2023年英文文獻發文量遠多于中文文獻。
2.2 發文作者及合作網絡分析
以“Author”為節點,利用VOSviewer對發文作者及合作網絡可視化分析,節點大小反映作者的出現頻次,連線的粗細表明作者間合作的緊密程度,如圖3所示。由圖3可見,國內調溫類服裝研究主要形成了5個緊密合作的科研團隊。以李俊、王敏等的合作團體規模較大,該團隊在調溫類服裝的綜合優化設計、數值模擬、智能化設計等領域取得了一定進展[2-3];柯瑩、王宏付、張海棠等主要關注電加熱服與防寒服的研發[4-5];王云儀、蘇云等的研究方向主要為調溫服的通風設計
方法和加熱裝置分布位置測評等方面[6-7];以盧業虎為核心的團隊致力于熱防護服與智能防寒服研究[8-9];最后以唐世君為核心的團隊對電加熱服產品研究較多[10]。國際上英文文獻的作者合作網絡更為密集。中國學者Li Jun、Wang Yunyi、Lu Yehu等形成了最大的合作團隊,該團隊主要致力于消防與煤礦等行業的熱防護服研究[11-13];以Wang Faming為核心的研究團體對調溫類服裝的熱濕度管理機制、相變冷卻服開發、冷卻服性能評估模型等主題的研究較深[14-16];Psikuta A、Rossi Rene M等聚焦于人體熱生理反應和熱傳遞機制研究[17-18];以Havenith G、Kuklane K、Gao Chuansi等為代表的學者多專注于消防等職業服裝的降溫研究[19-20]。另由表1可知,中國學者李俊在中英文文獻累計發文量均排名前列,其中李俊、柯瑩、王宏付在中文期刊發文量排名前三,Li Jun、Wang Faming、Psikuta A分列英文期刊發文量前三。
2.3 發文國家、機構合作網絡分析
基于VOSviewer對發文國家和機構進行可視化分析,從國家發文量來看,中國為發文數量最多的國家,達255篇,其次為美國(158篇)、英國(47篇)、加拿大(38篇)、日本(38篇)等。從國家聯系程度看(圖4),中國、美國、日本、丹麥等國家合作發文較為頻繁,這與中國近年來與歐美國家在復合材料、生命工程領域的交流密切相關。從發文機構數量看,中文文獻中的發文機構共313個,英文文獻中發文機構共851個。從發文機構間的合作分布來看(圖5),共形成了3個中文合作網絡和5個英文合作網絡,其中東華大學與各機構間的合作最為頻繁,并與發文41篇的Hong Kong Polytech University形成了最密切的合作關系。表2為中英文發文量TOP10的機構,可見中文文獻發文最多的機構為東華大學服裝與藝術設計學院(15篇),英文發文最多的機構同樣為東華大學(累計發文62篇)。
3 調溫服裝領域共引網絡及演進趨勢分析
3.1 關鍵詞共現及高頻詞分析
通過VOSviewer以Keyword為節點繪制關鍵詞共現可視化圖譜,如圖6所示。中文文獻形成關鍵詞938個,英文文獻形成關鍵詞2 242個。由表3可見,中文文獻的高頻關鍵詞主要為降溫服、相變材料、防寒服、熱舒適、冷卻服、電加熱服、暖體假人、皮膚溫度、半導體制冷等。英文文獻中高頻關鍵詞主要為thermal comfort(熱舒適)、heat stress(熱應激)、protective clothing(防護服)、thermoregulation(體溫調節)、skin temperature(皮膚溫度)、heat transfer(熱傳導)、thermal sensation(熱感)、thermal insulation(熱絕緣)、phase change material(相變材料)、thermal manikin(暖體假人)等。由此可見,國內調溫服裝研究與全球范圍內研究關注的熱點主題保持高度一致。
3.2 關鍵詞聚類分析
利用CiteSpace軟件對篩選的文獻進行關鍵詞聚類分析,結果如圖7所示。平均輪廓值是聚類成員同質性的衡量指標,聚類成員之間的相似度與其數值大小成正比,而平均輪廓值大于0.700 0則表明聚類結果具備說服力。中文文獻中共提取出10個規模最大的聚類,分別為#0相變材料、#1熱舒適性、#2結構設計、#3熱舒適系統、#4暖體假人、#5個體防護、#6保暖性能、#7服裝設計、#8熱濕舒適性、#9冷卻進風,平均輪廓值為0.925 9,大于0.700 0,表明聚類結果顯著可靠,基本反映出國內調溫服裝研究的主題輪廓,各聚類詳細信息如表4所示。英文研究文獻中的關鍵詞共提取到#0 thermal comfort、#1 heat transfer、#2 phase change material、#3 core temperature、#4 thermoregulation、#5 volatile organic compounds、#6 heat stress、#7 heat等8個規模最大聚類團塊,平均輪廓值為0.765 4,其聚類結構顯著,有利于從宏觀上把握國際調溫服裝研究的熱點內容,各聚類如表5所示。
3.3 演進趨勢分析
利用CiteSpace的Timeline視圖功能繪制關鍵詞時間線圖譜,通過詞頻和中心度高的熱點關鍵詞可識別研究熱點的變化軌跡和知識演進的時間跨度,如圖8、圖9所示。由此,可以將2000年至今的國內外調溫服裝研究變化趨勢分為三個階段:第一階段是調溫服裝研究的起步期(2000—2006年)。這一階段調溫服裝領域的發文量較少,涉及的關鍵詞數量不多,主要探討調溫服裝的概念、分類、材料結構,以及關鍵技術等基礎內容。第二階段是調溫服裝研究的探索發展期(2007—2016年)。此階段學者們對調溫服裝研究范圍和類別擴大,關注點從調溫方式延伸至性能測試與評價等主題,對后續發展具有重要的引領和擴散作用。第三階段是調溫服裝研究的多元發展期(2017至今)。這一階段調溫類服裝研究發文量增長迅速,學者們更加側重于從人體生理反應數據對調溫服進行性能的優化,從服裝逐步聚焦到著裝者自身。
4 調溫服裝領域研究熱點
通過上述關鍵詞聚類和高頻關鍵詞對比的結果顯示,國內外研究主題結構和內容存在高度重疊。結合相關文獻,可以將國內外調溫服裝的研究熱點歸納為三個主題:一是對不同調溫方式的研究,二是對調溫服裝的性能評價,三是調溫服裝與個體生理指標的相互作用。
4.1 調溫方式
不同調溫方式的調溫服具有不同的優缺點,依據適用場景遴選適宜的調溫方式才能得到到最佳的調溫效果,如表6所示。當前調溫服裝的主要調溫方式為以下幾類:
4.1.1 能量(電能)轉化式調溫
能量轉化式調溫的主要形式是通過“電能—調溫材料/裝置—熱能/冷卻能量”或“光能/其他能量—電能—調溫材料/裝置—熱能/冷卻能量”的轉化進行調溫[21]。其中,因石墨烯、碳纖維和碳納米管等碳基材料作為主要的發熱材料具備質量較輕、原理成熟且易實現等優勢[22],基于電加熱原理制作而成的加熱服裝市場化應用程度最高。電加熱服通常由電源、發熱系統、調溫系統及用戶界面組成[23],其電源通常采用靈活性更好的移動電源或能量轉化裝備為主,如李國安等[24]選用非微晶硅基雙結疊結構的柔性太陽能電池板作為電源,結合鋰電池、石墨烯薄膜、GPS系統、溫控開關等模塊,研發了一款集可充電、保暖、定位等功能于一體的智能戶外登山服。電加熱服的加熱區域直接影響到其加熱效果,通常以前胸、前腹、后背及人體關節、穴位等熱敏感度較強的部位為主要加熱區域[25]。
4.1.2 流體式調溫
流體式調溫主要包括氣體調溫服和液體調溫服,其原理是將預熱或預冷的空氣或液體流經服裝內部結構,進而調節服裝內部微氣候。早期氣體調溫服以降溫目的為主,通過在服裝后腰位置加裝微型風扇,進而加速人體皮膚表面汗液的蒸發速率與對流熱損失,達到降溫的效果[26]。熱電技術與半導體行業的迅速發展推動了氣體式調溫服裝的進一步升級,熱電技術具備可逆性與電力轉換能力,能夠依靠半導體制冷片同時實現加熱和降溫[27]。液體調溫服雖然能夠提供較為均勻和長時間的調溫效果,但因調溫效果與循環液體的管道分布數量、流量等因素息息相關,導致其靈動性較差[28]。Li等[29]為解決傳統降溫服裝重量大和效率較低等問題,結合熱電冷卻技術開發了一款液體冷卻服。通過模擬人體在高溫環境下的生理實驗,分析了環境溫度與運動強度對液體冷卻服降溫效果的影響,實驗結果顯示,運動強度越大液冷服應設置更低的進水溫度,而環境溫度對其影響較小。
4.1.3 輻射式調溫
輻射式調溫的原理是利用輻射材料或以涂層、薄膜的形式與織物相結合,調控人體紅外發射率和對太陽光的反射率[30]。輻射調溫材料分為日間輻射調溫材料和夜間輻射調溫材料,當前日間輻射冷卻材料更受學者關注,其主要應用于醫用防護服等領域[31]。然而,日間輻射冷卻材料多以光子結構、聚合物和超材料為主,因此該類材料制備的服裝舒適性較差[32]。Zhu等[33]通過分子結構設計和可拓展的耦合試劑輔助浸涂的方式,探索了基于納米加工方式的絲綢用作日間輻射冷卻材料的可行性。結果表明,在環境溫度為35 ℃的陽光直射下,納米加工的絲綢溫度低于環境溫度約3.5 ℃且舒適性得到較大的提升。當前,學者們將輻射材料的研究重點放在了雙向調溫功能的開發上,如Cheng等[34]通過靜電紡絲技術,開發了一種透氣、柔性、可拉伸、具有Janus結構和皮革紋理的日間輻射調溫材料,能夠實現高效的被動輻射冷卻和加熱。
4.1.4 結構響應式調溫
結構響應式調溫是通過調整服裝結構或纖維織物的組織結構設計,進而影響人體與外界的熱交換,當前該類研究的熱點主要集中在將刺激響應性聚合物集成于織物的智能響應式紡織品[35]。Pu等[36]在親水性植物棉織物結構內創建了梯度-Janus潤濕通道,并在通道表面應用了熱敏聚合物,進而開發了一種智能響應式的織物。該織物能夠模仿人體皮膚卓越的熱響應單向液體運輸的特性,同時具有出色的防水性。隨著溫度的升高,該織物能夠促進汗液的運輸和蒸發散熱,溫度下降將減少汗液的運輸和蒸發散熱,比較適用于運動服等功能性服裝。Li等[37]開發了一種具有濕度和溫度雙響應層的多模態智能織物,該織物由銀涂層熱濕敏感熱塑性聚氨酯(Ag-THSPU)和聚偏氟乙烯和聚氨酯(PU-PVDF)的混合物拼接而成,合理的多功能材料設計使其具備適當的機械、光學和可穿戴性能,同時可以調節空氣對流、中紅外線發射和汗液蒸發。
4.1.5 相變材料
相變材料可隨外界環境或人體溫度的變化發生“固—液”和“液—固”的可逆性變化,以“吸收—儲存—釋放”熱量的方式,維持一定范圍內恒定的溫度,進而達到溫度調節的作用[38]。何騫[39]通過建立熱平衡模型,獲取了相變材料的用量計算公式,并以石蠟作為主相變蓄冷單元,結合風扇設計,研制了一款新型冷卻服。經測試,該冷卻服具有顯著的降溫除濕作用,能夠使前胸、后腰等部位長時間維持于33℃以下,解決了常規相變降溫服裝不易調控溫度和透濕性較差等問題。含有相變材料微膠囊的服裝可以延緩人體溫度變化,降低皮膚表面的汗液積聚率和環境條件變化過程中的熱量損失[40],然而相變材料的加熱保暖效果有限。Greszta等[41]研發了一款添加氣凝膠和相變材料的防寒防護服,其防寒原理是在四層針刺非織造布之間均勻地分布了三層添加劑(氣凝膠顆粒和相變材料微膠囊),并經熱壓機在100 ℃的條件下熱黏合30 s而形成。該研究測試結果表明,氣凝膠結合相變材料的使用可以有效提高防寒服的防寒保暖性能。
4.1.6 化學材料
化學材料調溫服裝具備即時調溫的優點,但因調溫時間短且材料安全性等因素,限制了其諸多的應用場景。化學加熱類服裝主要由鐵粉、硅藻土、活性炭或高吸水性樹脂等化學材料通過如鐵粉生銹、氧化放熱等化學儲能原理實現加熱[42]。化學降溫類服裝主要通過放置化學冰袋達到降溫目的,化學冰袋內主要由裝有水的內塑料袋和獨立包裝的冷凝劑(由硝酸鈉、尿素、氯化鈉等化學材料處理而成的顆粒物)組成,使用時將化學冰袋置于服裝內,擠壓冰袋使內塑料袋破裂,冷凝劑便可溶于水產生吸熱反應,進而開始降溫[43]。
4.1.7 其他新型材料
近年來,學者們不斷探索能夠依靠自身材料特性或涂層、復合等工藝進行體溫調節的新型材料,導熱性、保暖性、絕緣性及涼感等逐漸成為新型材料的評價指標。如氣凝膠材料,因其卓越的絕緣性、熱穩定性和低導熱等材料特性,常被用于防寒服、熱防護服和化學防護服等領域[44]。Xu等[45]受駝峰啟發,內置SiO2氣凝膠作為隔熱層,通過熱軋處理和超聲波焊接,將陣列式隔熱單元和異型芯吸通道(單向導濕作用)整合一體,進而研發了一種具有仿駝峰結構的層級織物(HHF)。測試結果顯示,相較于傳統消防服,HHF在80 ℃的極端環境下,底部溫度降低了20.6 ℃,相對濕度降低了13.6%,表明HHF仿生織物不僅具備出色的熱防護性能,還能夠利用單向導濕功能滿足消防人員所需的熱濕舒適性。
4.2 調溫服裝的性能評價
針對調溫服裝的性能評價,研究熱點主要集中于對調溫服裝舒適性能和織物性能兩個部分的評價。
4.2.1 調溫服裝舒適性評價
舒適性評價測試方法主要以暖體假人實驗和真人著裝實驗為主,主要評價內容集中在調溫性能、穩定性、熱防護性、調溫部位等方向。如操凱等[46]基于暖體假人與環境艙模擬實驗,在不同溫度、不同定向熱輻射及不同勞動強度的條件設置下,對三款不同型號的消防用降溫背心進行了降溫性能的評估測試,結果顯示,備有兩個鹽水混合物蓄冷袋,覆蓋面積為0.168 m2的1號降溫背心降溫效果最為顯著。部分學者將舒適性評價實驗作為驗證或提升醫用降溫防護服對緩解人體熱應激效應的主要方式。如翟亞歌等[47]利用自主研發的功能型防護面料,以半導體制冷元件和陶瓷片加熱元件為調溫裝置,設計開發了一款具備雙向調溫功能的智能醫用防護服,并通過真人著裝實驗和紅外熱成像的方法,對受試者的軀干溫度、皮膚溫度、核心溫度等指標進行數據評價,實驗結果表明,相較于常規一次性防護服,該款智能醫用防護具備良好的熱濕舒適性,且能夠在同等運動強度下較為持久的降低著裝者的體溫。Yang等[48]將制備的40 cm×40 cm聚乙烯醇復合薄膜貼于醫用防護服里背部,并利用出汗暖體假人進行了舒適性評價,結果顯示,所制備的薄膜能夠將醫用防護服內部熱指數降低到41 ℃以下,濕度降低40%。
然而,學者們發現在一些特殊的實驗測試條件下,真人著裝實驗結果易受實驗對象和實驗條件等因素的限制[49]。暖體假人實驗雖能夠客觀反應服裝的熱阻、熱流量等物理指標,但存在成本高和無法研究傳熱機制等弊端。因此,基于機器學習構建數值模型的方法逐漸被應用于調溫服裝的性能評價中。早期建立的人體熱反應數值模型較為簡化,且多針對傳統被動保暖服,主要以熱阻、濕阻的參數計算服裝的熱濕傳遞[50]。陳飛宇等[51]開發了一種用于主動加熱服裝的熱濕傳遞通用模型,并結合輻射傳熱、服裝結構與加熱部位等因素,對電加熱服的評價模型進行優化。測試數據顯示,其構建的通用模型(誤差<0.5 ℃)與優化后的電加熱服模型(誤差<0.47 ℃)對局部皮膚溫度的預測較為精準。王中昱[52]等闡述了機器學習算法建立的個體熱舒適模型在用戶個性化、輸入參數多維化和預測動態化等方面的優勢,提出樣本數據和參數應依據實際環境而選擇,并應在未來建立模型性能評估的規范。
4.2.2 織物性能評價
國內外學者對于調溫服裝織物性能的評價,一般主要針對其熱傳遞性能、穩定性及熱濕舒適性,評價指標包括熱阻、透氣性、透濕性、保溫性、導熱系數等。Lu等[53]通過準確模擬熱防護冷卻織物在暴露于蒸汽時的傳熱和傳濕特性,將皮膚生物傳熱和燒傷積分模型與蒸汽傳熱模型相結合,利用參數研究分析了蒸汽通過織物向皮膚的傳熱機理及影響織物蒸汽保護的因素。張雪原等[54]為優化電加熱服的設計,通過模擬人體皮膚—加熱型織物系統—環境之間的熱傳遞過程,探討了衣下空氣層對加熱型織物系統的熱阻和加熱效率的影響。程子琪[55]等利用Comsol軟件建立了電熱織物系統傳熱模型,在考慮了熱傳導、熱對流、熱輻射3種傳熱方式的情況下,進行了多物理場耦合模擬,并通過數值模型進行了穩態的參數化研究,進而建立了皮膚溫度預測模型,同時將該模型應用于電加熱服相關參數的設計中。
趙辰等[56]為探索提升降溫服降溫效果的功能設計方法,綜述了國內外影響降溫服效果的因素,并指出了織物的隔熱性能、透氣性能、彈性及透濕性能對降溫服的輔助降溫作用。面料孔隙氣體交換能夠降低服裝熱阻,提升人體汗液蒸發速率,并可以促進人體表面與空氣的熱交換,但對于氣冷式降溫服,會減弱其與人體的對流換熱,影響降溫效果[57]。Tu等[58]為探討空氣充氣紡織品厚度和環境對其隔熱性的影響,基于計算機流體動力學理論開發了一個三維數值模型,用于研究空氣充氣和纖維填充紡織品的熱和流動傳遞。此外,調溫服裝的節能環保問題一直備受學者的關注。Cheng等[59]開發了一個涉及人體皮膚、三層電加熱織物系統與冷環境之間相互作用的三維傳熱模型,利用驗證后的數值模型對加熱溫度、內外織物熱阻、風速和環境空氣溫度進行參數研究,并建立了皮膚溫度預測模型,隨后將其用于確定電加熱服的相關參數,進而優化了電加熱服并實現了人體熱舒適與節能的雙重目標。
4.3 調溫服裝與人體生理指標的相互作用
現階段,國內外調溫服裝研究更為新穎深入,實驗研究更為成熟,體溫調節與管理也更為精細化,研究人員逐漸將調溫服的研究重點放在了調溫服裝與人體生理指標的相互作用。學者們發現年輕人和老年人的體溫調節能力存在顯著的差異,老年人的熱受體不敏感,在維持體內溫度平衡方面存在更多風險[60]。吳雨曦[61]基于老年女性群體腹部突出、佝僂駝背等體型特征和軀干部位不同的冷暖生理需求,針對老年女性群體研發了一款能夠根據人體生理皮膚溫度實現調溫的智能加熱服。朱達輝等[62]針對老年用戶生理、心理雙重特征,基于UCD設計研究法開發了一款具備溫度記憶反饋功能的智能感應電發熱服,滿足了老年用戶對電加熱服產品便捷性與安全性等需求。與此同時,全球變暖和持續的高溫天氣等因素,致使熱環境職業領域工作者極易出現如中暑、脫水和熱衰竭等現象,甚至會增加患腎臟疾病風險[63]。因此,越來越多的降溫服裝研究者開始結合不同的工作場景、勞動強度和職業特性等影響因素,遴選更適宜的降溫服制備方案[64]。
新興的可穿戴電子紡織品在健康監測、運動管理等需進行實時、長期的生理數據監測領域展現了巨大的潛力。但學者發現,當前研究大多忽略了電子紡織品的熱濕管理性能,生理數據監測過程中會出現因皮膚溫度失衡導致信號失真的現象[65]。因此,在不影響電子紡織品電子性能的條件下,實現人體溫度和濕度舒適度的調節仍是迄今為止的重大挑戰。Jung等[66]開發了一種柔性可拉伸的多模態熱電皮膚,能夠在水下對潛水員的生理狀況進行實時監測,還能夠通過熱電冷卻或加熱的方式調節潛水員的體溫,該研究可用于潛水救援和海軍任務等領域。Zhang[67]等開發了一種具有Janus潤濕性和分層梯度蜂窩狀網絡結構的電子織物,該織物集成了定向水輸送和日間輻射冷卻性能,因此該織物在室內外均可進行運動監測和熱濕管理。
5 研究結論與展望
5.1 研究結論
本文借助VOSviewer和CiteSpace兩款文獻計量可視化軟件,以2000年1月1日—2024年3月1日為檢索日期,對CNKI和WOS核心合集數據庫中1 384篇調溫服裝領域密切相關的中英文文獻,進行了多維計量和可視化分析。得到的研究結果如下:1) 中英文調溫服裝研究文獻數量在2021年之前均呈現穩步增長勢態。但隨著國際調溫類材料科技與前沿技術不斷提升,吸引了更多國際學者對該領域的關注,也導致2022—2023年的英文文獻發文量遠多于中文文獻。2) 中國和美國在調溫服裝領域占據主導位置,中國、美國、日本、丹麥等國家合作發文較為頻繁。東華大學與香港理工大學為調溫服裝領域發文最多的機構,且兩個機構之間形成了最密切的合作關系。Li Jun,Wang Faming,Psikuta A,Rossi Rene M,Fan Jintu等學者為該領域的核心研究者。3) 國內外調溫服裝研究大致可分為三個階段,分別為起步期(2000—2006年)、探索發展期(2007—2016年)及多元發展期(2017年至今)。當前研究更加側重于從人體生理反應數據對調溫服進行性能與功能優化的探索,從服裝逐步聚焦到穿戴者自身,且多用于消防救援、醫用防護、煤礦與隧道施工等處于極端工作環境的行業領域。4) 當前調溫服裝領域的研究熱點主要為調溫方式、調溫服裝性能評價、調溫服裝與人體生理指標的相互作用。
5.2 研究展望
調溫服裝的發展前景較為廣闊,但市場化應用過程中仍存在一些潛在障礙。首先是服裝的輕量化問題,如流體式調溫、相變材料等調溫方式會因體積較重而導致靈活性下降;其次是使用過程中的安全問題,如電加熱服的用電安全和化學材料等易發生材料泄漏等問題,一定程度阻礙了調溫服裝的市場化應用;再者是性能評價體系不完善,當前調溫服裝的性能評價實驗多以實驗室中的模擬測試為主,忽略了實際應用場景對調溫服裝性能和著裝者舒適度的影響;最后則是當前調溫服裝功能性與智能化程度不足的問題。
綜上所述,未來可從以下幾個方面展開研究:1) 提升對輕量化、高效能的外源設備和新型調溫材料的研發。如增加對相變微膠囊、仿生調溫紡織品、微型半導體設備等的研究深度。2) 建立健全調溫服裝相關的行業標準與生產技術規范。標準化與規模化的生產保障產品質量的同時也降低了生產成本,具有價格競爭力才能夠打開商業市場。3) 優化調溫服裝的實驗測試方案,開展多維的性能評價體系。如增加現場真人測試、開發新型智能溫變的暖體假人等。4) 立足于數智協同,研發多功能集成化的智能調溫服裝。先進紡織科技和智能傳感技術的發展推動著調溫服裝逐漸趨向智能化、數字化、綠色化等多元深化,如生理健康監測等多功能集成的智能調溫服裝也將成為未來主要研究趨勢。
參考文獻:
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Visual analysis of research progress and development trend of temperature regulating clothing
ZHANG Chi, WANG Xiangrong
LUO Sen1, ZHU Dahui1,2, YAN Shu1
(1.College of Fashion and Design, Donghua University, Shanghai 200051, China; 2.Shanghai InternationalDesign Innovation Institute, Shanghai 200092, China)
Abstract: The rapid advancements in advanced textile technology and artificial intelligence have laid a robust technological foundation for the continuous innovation of smart and functional clothing products, meeting the diverse dressing needs in everyday life, work, and study. In particular, temperature regulating clothing designed for human body temperature modulation plays a crucial role in industries exposed to extreme working conditions, such as firefighting and rescue, construction operations, border patrol, and specialized emergency response. As the market demand for temperature regulating clothing grows, the volume of scholarly research in this field has also increased. However, most studies focus on specific areas such as cooling garments, heating garment, or textile materials, and rely primarily on literature reviews for analyzing the current status and future prospects. There is a notable lack of visual analysis in the field of temperature regulating clothing. With the rise of bibliometric methods in the textile and apparel sector, more scholars are now using visualization tools to analyze trends in their research areas. Therefore, to explore the current research status and development trends in the field of temperature-regulating clothing, this paper systematically reviews academic literature in both Chinese and English using bibliometric analysis and literature review methods from a multidimensional perspective.
In order to ensure the timeliness, accuracy and authority of the data, with the help of VOSviewer and CiteSpace, a multidimensional metrological and visual analysis of 1 384 Chinese and English documents closely related to the field of temperature regulating clothing in the CNKI and WOS core collection databases from January 1, 2000, to March 1, 2024, is made in this paper. This study primarily conducts a knowledge mapping analysis and descriptive statistical analysis of key aspects related to temperature regulating clothing, including the annual publication volume, contributing authors, publishing institutions, countries/regions, keyword co-occurrence and clustering, and keyword timelines. Using bibliometric and literature review methods, the research systematically examines the current progress and development trends in temperature regulating clothing from a visual analysis perspective. The findings indicate that the number of Chinese and English publications on temperature regulating clothing showed steady growth before 2021. However, with continuous advancements in international temperature regulating materials and cutting-edge technologies, the field has attracted more attention from international scholars, leading to a significant gap in the number of English publications compared to Chinese ones in recent years. China and the United States dominate the field of temperature regulating clothing, with Donghua University and The Hong Kong Polytechnic University being the leading institutions in terms of publication volume. These two institutions also have the closest collaborative relationship in this field. Scholars such as Li Jun, Wang Faming, Psikuta A, Rossi Rene M, and Fan Jintu are identified as core researchers in the area. Since 2000, the research on temperature regulating clothing at home and abroad can be roughly divided into three stages, namely, the initial stage (20002006), the exploration and development stage (20072016) and the diversified development stage (2017 to present). The research on temperature regulating clothing at home and abroad is mainly used in the fields of fire rescue, medical protection, coal mine and tunnel construction and other industries in extreme working environment. At present, more attention is paid to the exploration of performance optimization of temperature regulating clothing from human physiological reaction data, and gradually focus on the wearer. Through the comparative analysis of keyword clustering and high-frequency keywords in Chinese and English literature, it is found that there is a high degree of overlap in the structure and content of research topics at home and abroad. The research hotspots in temperature-regulating clothing can be summarized into three main themes: the first is the study of temperature regulation methods, the second is the performance evaluation of temperature-regulating clothing, and the third is the interaction between temperature-regulating clothing and individual physiological indicators.
In summary, this article provides a systematic review of temperature regulating clothing research both domestically and internationally, and outlines the future research directions in the field of temperature regulating clothing. Firstly, it is necessary to enhance the research and development of lightweight, high-efficiency exogenous equipment and new thermoregulation materials. Secondly, it is necessary to establish and improve industry standards and production specifications related to thermoregulation garments. Thirdly, it is necessary to optimize experimental testing programs for thermoregulation garments and develop a multi-dimensional performance evaluation system. Finally, it is necessary to develop multifunctional and integrated intelligent thermoregulation garments based on digital-intelligent synergism. The study aims to facilitate the further development of temperature regulating clothing, so as to provide valuable insights and recommendations for future advancements towards enhanced digital intelligence, flexibility, comfort, and functional integration in temperature-regulating garments.
Key words: temperature regulating garment; cooling clothing; heating garment; thermal protective garment; phase change materials; visual analysis; thermoregulation; smart clothing