当人体长时间处于高温、高湿或高强度运动环境时，皮肤中的汗腺会被激活，通过分泌出大量汗液进行自我体温调节。然而，传统织物存在干燥速率与吸湿速率不匹配的问题，这导致皮肤侧大量汗液堆积，显著降低穿着者的舒适度。因此，亟须开发定向导水性能优异、织物表面水分脱离速率快、透气/透湿性能好的水分管理纺织品。
近期，江南大学付少海教授团队在Advanced Fiber Materials上发表了题为“Skin-Inspired ‘Sweating Fabrics’ with Directional Water Accumulation and Droplet Rolling Behavior for High-Performance Personal Moisture Management”的研究成果。该研究受人体汗腺启发，成功开发出一种具有图案化不对称结构的“排汗织物”，使每个单独的汗液传输通道兼具物理和化学不对称性。 通过赋予疏水织物孔径差异和局部渐变润湿性，该织物能像皮肤一样通过“汗腺”通道将汗液反重力定向输送至织物外表面并聚集成汗滴，随后轻松滑落（滚动角约45°）。该排汗织物的单向输水速率高达12.2 mL·cm-2·min-1，远超人体出汗速度，实现了可持续的汗液管理。这一研究为伤口护理、生物流体监测和微流体控制的先进纤维材料开发提供了有效策略。 如图1所示，皮肤作为人体的保护屏障，当环境温度超过皮肤温度时，位于真皮层的汗腺被激活，将汗液输送到具有一定疏水性的皮肤表面形成汗滴，并随身体摆动而滑落。受此启发，该研究开发出具有定向导液与液滴滚落（DAR）功能的仿生织物。通过构建不对称孔径结构增强输水效率，并采用选择性单侧紫外光响应策略，在整体呈疏水性的织物中构建具有渐变润湿性的阵列导水通道。该设计实现了汗液自下而上的反重力定向运输，使汗液在织物表面聚集成滴并快速滚落，有效防止盐分残留。相比于传统棉织物及商用Janus织物，DAR织物显著提升了人体的穿着干爽度。 图1 DAR织物的设计和功能 图2所示，该研究以聚酯（PET）织物（大孔）为基材，结合聚丙烯腈（PAN）纳米纤维膜（小孔）构建了具有不对称孔径结构的双层复合织物。为进一步在织物厚度方向构建梯度润湿性通道，该研究采用图案化掩模对疏水PET/PAN织物进行选择性单侧紫外光辐照聚合。表征结果显示：未改性PET/PAN复合织物呈亲水性，经疏水改性后接触角提升至135.5°～141.0°，经紫外光辐照的图案化区域（Spot-Bottom至Spot-Top）随光强度衰减形成由下至上的渐变润湿性。孔径分析表明，PET基材平均孔径约为275.66 μm，而PAN纳米纤维层的引入使复合织物平均孔径降至46.67 μm，这种显著的孔径差异与渐变润湿性协同作用，为实现高效的反重力定向水运输奠定了结构基础。 图2 DAR织物的制备及其表征 图3展示了DAR织物优异的反重力定向输水与汗液积聚能力。实验表明，在供水过程中，施加在导水通道顶部的液滴无法穿透至织物底部（静水压达（18 ± 4）cmH2O）；而施加在导水通道底部的液滴可被快速抽吸至顶部并逐渐聚集成大液滴，且无回流现象。在45°斜面模拟试验中，DAR织物展现出卓越的汗液动态管理能力，当顶部液滴汇聚至约50 μL时即可滑落。此外，该研究还进一步揭示了其输水机制：梯度润湿性与孔径差异协同产生“持续拉力”，使纵向毛细力（Flc）始终大于横向扩散力（Ftc），推动液滴持续反重力运输并聚积于顶部；同时，导水通道周围的疏水区域有效限制液滴铺展，促进其滚落。这一机制使其干燥效率显著高于依赖蒸发的传统Janus织物。 图3 DAR织物的定向输水性能 通过计算流体动力学（CFD）分析，进一步揭示了DAR织物的反重力定向输水机制。图4模拟结果显示：当水滴从顶部施加时，其速度由0.2 m·s-1降至0 m·s-1，而穿透底部所需压力从12 Pa升至227 Pa，表明织物具有优异的防渗性。相反，当水滴从底部施加时则能快速进行反重力输运。这种不对称的压力与速度分布验证了DAR织物的单向导水功能，确保液滴仅能由底部向顶部传输而不会回流，从理论上阐释了其保持皮肤侧干爽的机理。 图4 DAR织物定向输水机制 DAR织物在人体-服装微环境舒适性方面表现卓越。尽管其透气性较原始PET基材降低了23%，但仍保持在4190.75 mm·s-1的高水平。其疏水孔道促进了水分子的直接扩散，使水蒸气透过率提升12%。在汗液管理方面，离散分布的图案化通道有效抑制汗液铺展并促进液滴快速转移，汗液传输量显著超过商用吸湿排汗面料。此外，干燥后织物表面电导率接近0 S·m-1，表明盐分残留量极低，远优于商用面料的电导率（151-280 S·m-1）。热舒适性测试显示，DAR织物干燥过程中温度波动仅约2 °C，8分钟内即可完全干燥，展现出优异的热湿管理性能。 图5 DAR织物的舒适性能 综上所述，该研究受人体汗腺启发，成功开发出一种兼具汗液反重力定向传输、聚集、滚落功能，并能有效排斥外部液体的“排汗织物”，有效解决了传统面料易吸湿饱和与汗液残留的难题。该织物凭借其高效的单向输水速率、卓越的热湿舒适性及抗盐分残留特性，为高性能运动服装、医疗敷料与智能可穿戴设备提供了创新解决方案。此项策略有望推动新一代智能纤维材料的开发，拓展功能性纺织品的应用前景。
