泵汗冷却织物：提升发电与舒适性的面料

既更凉爽又自供电的衣物

想象一下运动装备在保持你干爽和凉爽的同时，还能悄无声息地为你的可穿戴设备充电。本研究介绍了一种新型织物，正是实现这一点：它将汗液转化为舒适与电能，无需笨重电池或粘性的塑料层。

为何汗既是问题又是资源

随着越来越多人使用健身追踪器、智能手表和健康传感器，对可靠且对人体友好的电源需求在增长。传统的能量采集器，如微型太阳能电池或基于运动的发电器，依赖光照或运动，且常常将热量和湿气困在皮肤表面，使长时间穿戴不适。同时，我们的皮肤不断以汗液和湿度形式释放水分，其中蕴含的化学能大多被浪费。此前试图利用这种“水分能量”的设备通常只能产生微弱电流，且往往吸收水分却不易排出，导致穿戴者潮湿且闷热。

能单向泵送汗液的织物

研究人员设计了一种“自供电、自冷却织物”，其行为类似液体的单向阀。他们以有弹性的尼龙针织材料为基底，仅在一侧涂覆了由疏水颗粒构成并排列成微小梯度通道的涂层。这使织物成为一种“液体二极管”，能够将汗液从贴近皮肤的一侧拉向外侧，并阻止外界水分回流。汗液在外侧扩散并覆盖更大的表面积后，蒸发速度约为普通尼龙的两倍。在测试中，该设计将皮肤温度降低约6.3摄氏度，并在一分钟内将一只出汗的手臂变干，同时接触皮肤的一侧明显更干燥。

将移动的水分转化为电流

在这种泵汗织物之上，团队印刷了一种薄层叠加的发电器，所用材料常见：底层为铝层，中间为凝胶状的聚合物（PVA）与盐（氯化锂）混合层，顶层为石墨烯。当汗液或水从皮肤侧进入凝胶并向上移动时，水分子会拖动溶解的离子。阴阳离子迁移速度不同，导致凝胶上下之间产生电荷分离，形成内部电场。液体二极管强制的定向流动比早期的水分供能装置更能维持这种分离，从而提升输出。该织物达到约0.40毫安/平方厘米的电流密度，大致为无液体二极管的类似装置的两倍，并远高于许多过去的水分发电器。

在舒适、强度与能量之间取得平衡

为使织物具备实用性，作者们在印刷的发电图案与负责汗液与散热的开放未印刷区域之间进行了精细平衡。更大的开放面积加速蒸发与冷却，但减少了用于收集电流的活性表面。通过采用网格状图案、调节孔径并调整凝胶中盐的含量，他们找到了同时提供强效冷却和有用电力的最佳组合。该系统在广泛的温度与湿度条件下均能工作，并在多次拉伸、弯曲和干燥循环后仍保持性能。多个织物单元可串联或并联以提高电压或电流，可为LED灯带供电并为小型储能器件充电。

从衬衫到智能尿布的日常应用

团队展示了这种泵汗供电织物可直接印制到常规衣物上，如T恤、短裤和帽子，而不会使衣物变硬或变重。衣物上一大片补片在较大区域内冷却出汗的皮肤并同时产生电力。在一次演示中，两块织物单元为衣物上的柔性灯带供电。在另一次演示中，该织物与无线传感器一起集成进尿布。由于电输出取决于通过的液体量，系统可以检测湿度水平并发送从舒适提示到需要立即处理的警报。同样的方法还用于运行一个小型健康监测装置，传输皮肤温度和心率信号。

对未来可穿戴设备的意义

总体而言，这项工作表明，通过智能引导汗液与离子，衣物既可以作为个人冷却系统，也可以作为温和的发电装置。该织物不仅将水分导出，而是主动将汗液泵向外侧，冷却身体并从该过程中回收部分能量为电力。随着向可洗涤设计和集成电源管理方向的进一步发展，这类泵汗冷却织物有望为医疗、运动和日常生活中的长效舒适可穿戴电子设备提供支持。

引用: Zhu, R., Zhang, Z., Luo, Y. et al. Sweat-pumping cooling fabric for enhanced power generation and comfort. Nat Commun 17, 4374 (2026). https://doi.org/10.1038/s41467-026-70856-8

关键词: 可穿戴电子, 冷却织物, 汗液能量采集, 水分供能发电机, 智能纺织品