撰文/潘麗婭

2022年北京冬奧會期間，冰天雪地中的精彩賽事帶來一場場運動“盛宴”。而嚴寒，是冬奧會參賽運動員必須面對的挑戰(zhàn)。由天津工業(yè)大學(xué)紡織科學(xué)與工程學(xué)院教授劉皓參與的國家重點研發(fā)計劃“科技冬奧”項目組，向北京冬奧會參賽運動員捐贈了可以實現(xiàn)智能控溫的手套和頭套，助力他們在北京冬奧會的日常訓(xùn)練和比賽。

“智能電熱服裝的關(guān)鍵技術(shù)是智能控溫功能，我們用溫度傳感器采集服裝內(nèi)的溫度數(shù)據(jù)，并通過自主研發(fā)的控溫模塊和程序?qū)崿F(xiàn)服裝內(nèi)的精準控溫，為人體構(gòu)建舒適的微氣候環(huán)境，提高服裝穿著的熱舒適性?！眲┫蛴浾呓榻B說，智能電熱服裝主要由加熱元件、柔性電路、控溫模塊和服裝構(gòu)成。加熱元件是實現(xiàn)服裝保暖的關(guān)鍵部件，采用電學(xué)性能和導(dǎo)熱性良好的碳紙導(dǎo)電加熱材料，不僅可以加熱，還可以產(chǎn)生遠紅外輻射，具有紅外理療功能。

智能控溫主要是通過項目組自主研發(fā)的控溫模塊來實現(xiàn)調(diào)控加熱元件的功率密度，比如，程序算法通過調(diào)節(jié)加熱模塊的功率大小來平衡服裝內(nèi)部的溫度，簡單來說就是服裝內(nèi)部溫度低于設(shè)定溫度時，適當(dāng)調(diào)高加熱功率，啟動加熱以達到設(shè)定溫度，高于設(shè)定溫度時調(diào)低加熱功率，自動停止加熱，這樣既可以讓服裝內(nèi)部處在人體舒適的溫度，又能有效節(jié)約能源，提高電能的使用效率?！拔覀兺瑫r還自主研發(fā)了手機APP，通過藍牙模塊控制加熱元件，進行精準控溫，與傳統(tǒng)的電加熱服裝三檔控溫相比，我們的智能電加熱服裝可根據(jù)穿戴者實際體感調(diào)控加熱溫度，有更好的穿戴體驗?！?/p>

對于這次用于北京冬奧會運動員戶外訓(xùn)練和比賽的智能控溫加熱頭套和加熱手套，研發(fā)的過程并不簡單。比如一款運動員所用的加熱頭套，研發(fā)就要涉及紡織科學(xué)、服裝設(shè)計、人體工學(xué)、服裝舒適性、計算機科學(xué)、體育科學(xué)等多個學(xué)科。為此，劉皓團隊專門成立了一個6 人的頭套和手套研發(fā)小組。為實現(xiàn)在寒冷條件下加熱產(chǎn)品可以迅速加熱、精準控溫，劉皓團隊又成立了控溫模塊研發(fā)小組，研發(fā)更精準、更輕質(zhì)的電子元件。在保證發(fā)熱效果的前提下，最大限度保證運動員穿戴時的舒適性，劉皓團隊在款式、面料、工藝的選擇上下了大量功夫，前期花了2 個月調(diào)研手套、頭套款式，購買各種面料進行測試對比。為能夠?qū)⒅悄芗訜崾痔缀椭悄芗訜犷^套及時送至運動員手上，劉皓團隊將學(xué)院的工藝室臨時改成了生產(chǎn)車間，并利用技術(shù)優(yōu)勢與相關(guān)企業(yè)合作，進行批量生產(chǎn)。劉皓說，智能加熱手套和智能加熱頭套在寒冷環(huán)境下，加熱最高溫度可達60℃，在不同檔位下調(diào)換，手套3 檔控溫、頭套5 檔控溫，藍牙連接手機APP 可連續(xù)調(diào)溫，發(fā)熱續(xù)航可達2—6小時。在-30℃的環(huán)境下，依然可以保持工作，持續(xù)發(fā)熱1—3 小時。

劉皓團隊在國家重點研發(fā)計劃“科技冬奧”項目——“冬季運動與訓(xùn)練比賽用高性能服裝關(guān)鍵技術(shù)的研發(fā)”項目中，承擔(dān)冬季耐低溫保障服裝關(guān)鍵技術(shù)的研發(fā)工作。目前，項目組已在基于柔性碳紙的加熱織物、基于導(dǎo)電紗線的刺繡加熱織物和基于鍍銀紗線的一體成型加熱服裝等方面實現(xiàn)了技術(shù)突破，設(shè)計制作出輕薄、柔軟、加熱均勻的柔性加熱薄膜和加熱織物，以及精準控溫的智能保暖服裝，使科技成果順利轉(zhuǎn)化為科技產(chǎn)品。從2021年1月開始，劉皓團隊分三次向北京冬奧會張家口崇禮賽區(qū)捐贈加熱頭套和智能加熱頭套總計607 個，加熱手套和智能加熱手套總計450 副，為北京冬奧會的參賽運動員送去了溫暖和支持。