理大學者研發智慧降溫服裝應對極端高溫

全球暖化日益威脅人類健康和工作效率。目前，全球約 36 億人居住在極易受到氣候變化影響的區域。在 2000 年至 2019 年間，全球每年逾 48 萬人死於與高溫相關的疾病。極端高溫增加壓力荷爾蒙、影響睡眠質素、削弱注意力、降低生產力，以及加劇情緒惡化。為應對日益嚴重的熱浪，香港理工大學（理大）學者突破傳統服裝設計限制，研發新一代可持續的個人降溫解決方案。

理大利民先進紡織科技青年學者、時裝及紡織學院副教授、未來服裝紡織科技研究中心副主任、理大興國技術創新研究院副院長壽大華教授最近在《科學》（Science）期刊發表論文，提出利用先進紡織與智慧可穿戴技術，實現可持續個人降溫的新方法。

理大利民先進紡織科技青年學者、時裝及紡織學院副教授、未來服裝紡織科技研究中心副主任兼理大興國技術創新研究院副院長壽大華教授最近在《科學》（Science）期刊發表論文，提出利用先進紡織與智慧可穿戴技術，實現可持續個人降溫的新方法。

智能科技，尤其是智慧可穿戴技術與人工智能，正成為實現可持續個人降溫的關鍵推動力。壽大華教授表示︰「根據世界氣象組織預測，2025 至 2029 年間出現史上最熱年份的機率高達 80%。在此背景下，個人降溫科技對人類福祉、健康和生產力的重要性與日俱增。我們正在研發一系列智慧型『超級英雄式』服裝，該服裝具備自我調溫與實時健康監測功能，能有效應對極端高溫天氣帶來的挑戰。」

iActive™智能運動服引入低電壓驅動人工汗腺及汗區映射的根狀液體輸運網路，以液滴形式快速排出汗液，大幅減輕重量與黏膩感，保持皮膚乾爽透氣。

該篇論文提出的觀點極具前瞻性，系統地聚焦有效整合輻射、傳導、對流及蒸發四種降溫機理，提出在動態現實場景中，實現人體熱濕平衡自我調節的具體策略。論文同時提出並構建了一個由人工智能驅動的閉環框架，連接感知、預測及執行，實現個性化及節能的降溫效果，並強調設計具備可規模化和可回收性，以促進公共健康、工作場所安全及效率。

可持續的個人降溫由被動型織物，逐步邁向智能系統。具有光譜選擇性的紡織品能高效釋放人體紅外熱量，同時阻隔外部太陽和地表熱量的侵入。透過在纖維和紗線中複合不同導熱填料，來實現可調熱阻。濕度響應纖維則有助強化對流和蒸發散熱效果。輕量化可穿戴設備，例如︰可變輻射率器件、電致冷與熱電模組，當結合柔性光伏及隨身儲能，可實現主動可控的降溫。這些新技術採用「模式選擇性」降溫策略，並融入以人為本的設計理念，兼顧舒適、耐用、可水洗及輕巧特點，有效延展熱舒適範圍，減少對空調的依賴。

Omni‑Cool‑Dry™是一款兼具透氣、類膚質的全新織物，有效導流汗液，又能提供光譜選擇性降溫效果。透過反射太陽和地表輻射，同時發射人體紅外熱量，從而降低皮膚溫度約5 °C，即使在陽光下使用者也能保持清涼乾爽。

儘管個人降溫技術發展迅速，仍面對許多挑戰。人體出汗有助散熱，但目前汗液管理效能有限，常導致織物重量和黏膩感增加，降低透濕性及輻射降溫效率，尤其在劇烈出汗時更為明顯。此外，能夠隨動態環境和個體生理變化實現即時自我調節熱平衡，同時確保舒適和安全，仍是一個極具挑戰的問題。

壽大華教授表示︰「未來我們還需要加強紡織、傳熱學、柔性電子與人工智能等跨學科融合，建立具規模和可回收的製造體系，平衡可持續、可穿戴、時尚與熱管理功能。同時，也需要制定標準化、使用者為本的評價指標，例如：單位功率降溫能力、生理熱感和用戶接受度等，以促進公平比較與使用。」

壽大華教授及其團隊致力研究多項創新技術以應對極端高溫的挑戰。其中 iActive™智能運動服引入低電壓驅動人工汗腺及汗區映射的根狀液體輸運網路，以液滴形式快速排出汗液，大幅減輕重量與黏膩感，保持皮膚乾爽透氣，其排汗速度可高達人體出汗峰值的三倍。

SweatMD是一款全紡織、非侵入式可穿戴系統，利用仿生微流體網路定向引導汗液，通過親膚傳感紗線監測葡萄糖、鉀離子等生物標誌物，可即時生成分子層級的健康指標（如疲勞與脫水風險），並將數據傳送至手機。

Omni‑Cool‑Dry™是一款兼具透氣、類膚質的全新織物，有效導流汗液，又能提供光譜選擇性降溫效果。透過反射太陽和地表輻射，同時發射人體紅外熱量，能讓皮膚溫度相比普通織物降低約 5 °C，即使在陽光下使用者也能保持清涼乾爽。

針對高溫作業環境，在熱適應軟體機器人服裝中，內嵌溫度回應軟致動器，可主動或自發地調節織物厚度及其內部靜止空氣層，從而克服傳統隔熱服單一隔熱等級的局限。其熱阻可在 0.23 至 0.48 K·m²/W 範圍內調節，即處於 120°C 的高溫環境下，其內表面溫度也能比傳統隔熱服低約 10°C。

SweatMD 是一款全紡織、非侵入式可穿戴系統，利用仿生微流體網路定向引導汗液，通過親膚傳感紗線監測葡萄糖、鉀離子等生物標誌物，可即時生成分子層級的健康指標（如疲勞與脫水風險），並將數據傳送至手機。

總體而言，上述創新技術構建了一個智能生態系統，通過感測器監測生理狀態，利用模型預測降溫需求，由智能服裝提供定向回應。透過整合紡織感測器、基於纖維的冷卻器與隨身能量採集器，有望實現可持續的自主降溫。

這些研究成果涵蓋日常服飾、運動與防護裝備，充分體現將基礎研究轉化普及，以應對全球挑戰。透過理大研究中心及設於內地的技術創新研究院，如理大興國技術創新研究院和未來服裝紡織科技研究中心，更可借助內地市場豐富的應用場景，並與當地龍頭產業合作，加速科研成果轉化，並推動可規模化部署。

壽大華教授的科研項目分別獲得國際知名創新獎項嘉許，包括日內瓦國際發明展評審團嘉許金獎（2025）及金獎（2024），以及 TechConnect 全球創新獎等。此外，壽教授亦榮獲美國纖維學會「傑出成就獎」，該獎項每年僅授予一位全球學者。

應用於極端低溫環境下的金屬材料，必須在具備堅固特性的同時，兼顧極高的強度、韌性與穩定性，方能承受航空航天、綠色能源、超導系統及深空探索等尖端設備的嚴苛考驗。然而，傳統合金置身極低溫環境時，普遍面臨「強度—塑性—韌性」三者難以兼得的困境，容易導致整體性能驟降。儘管金屬在極寒狀態下硬度有所提升，卻往往變得極為脆弱且易於折斷，歷史上著名的鐵達尼號沉沒慘劇便是低溫脆斷的典型例子。長期以來，這種「冷脆性」弱點一直被視為窒礙深海與深空探測技術向前推進的核心技術樽頸。

針對這項長年未解的材料科學難題，理大工業及系統工程學系助理教授陳子斌帶領的研究團隊取得兩項突破性進展。團隊運用創新的納米界面策略，直接調控金屬內部的微觀結構，成功研發出可在 77K（相當於-196°C）極低溫環境下，同時展現超高強度、塑性與韌性的新型金屬材料。此外，研究團隊更將增材製造（3D打印）技術與特製後續處理結合，開創出全新納米結構調控策略。兩項重量級科研成果先後刊登於國際權威期刊《自然‧通訊》（Nature Communications），為日後新一代深海與深空探測裝備提供了兼具卓越性能與量產可行性的材料基石。

為了從根本化解合金的冷脆性弱點，陳子斌團隊首創「負曲率界面」（Negative-Curvature Interface）調控策略。這項構思的靈感源於納米顆粒粗化過程中的能量演化規律，研究團隊深入材料納米層面，在「共格納米沉澱相」表面構建特殊的彎曲結構，藉由改變合金內部納米級微粒的表面形態，使金屬在抵禦龐大外力的同時具備適度變形能力，從而大幅降低突發斷裂的風險。材料受力變形期間會產生眾多細微結構缺陷，進而在合金內部形成層層規律排列的「分級層錯」，大幅強化材料的加工硬化效能與抗損耗能力。研究人員藉助理大配備的先進「像差校正透射電子顯微鏡」及力學性能測試系統，對新型微觀結構的特徵進行了精密觀察與性能評估。

依託上述技術，團隊研製出由鎳、鈷、鉻、鋁及鉭（NiCoCr-AlTa）組成的多主元合金。該合金在液氮極低溫測試中打破了已知低溫合金的多項紀錄，屈服強度約達 1.30 Gpa、極限抗拉強度約 1.80 GPa，拉伸延伸率達到50%，斷裂韌性亦高達約 213 MPa·m¹/²。該合金只需採用傳統的熔煉、軋製與短時效處理即可製造，毋須依賴繁複的新工藝，為日後大規模工業化投產鋪平道路。相關論文題為「負曲率界面賦予合金在77K下高度協同的強度—延展性—韌性」，陳子斌指出，這項策略從材料內部的微小沉澱相著手，實現了由以往被動增強向主動調控受力變形活性因子的轉變，不僅適用於超合金、時效硬化鋼及鋁合金等所有沉澱硬化合金體系，更為工業界開闢了一條具成本效益且可量產的高性能結構材料設計路徑。團隊下一步將集中檢驗工業級尺寸樣本，力爭在未來十年內落實商業化應用。

在另一項題為「分級納米有序結構賦予中熵合金卓越的低溫強度—延展性協同效應」的成果中，研究團隊進一步把3D打印與特定後續處理技術融合，於鎳鈷鉻（NiCoCr）基合金內構建出「分級納米有序結構」。該機制能依序激活各個位錯源，達成協同加工硬化效果，令材料呈現出越受力越強韌的特性。該款中熵合金在液氮環境下同樣刷新極限紀錄，屈服強度約達 2.0 GPa、極限抗拉強度約 2.4 GPa，均勻拉伸延伸率亦達22%。研究團隊正著手驗證工業級大尺寸部件，目標於未來五年內將技術推向市場應用。陳子斌表示，該研究建立了充分釋放材料力學潛能的可行框架，引證結合創新製造方式與傳統工藝能衝破既有製造侷限，同時擴展了3D打印在微觀結構設計領域的應用價值。

陳子斌為2022年理大「青年創新研究者獎」得主，現擔任超精密加工技術全國重點實驗室核心成員，長年專注於研發兼備卓越結構、功能及應用效能的可持續材料，以應對不同工程領域的實際挑戰。他在低合金、低成本且高性能可持續金屬合金，以及應用於儲能和壓電技術的破紀錄鐵電材料領域之研究，均受到國際學術界廣泛關注。

陳子斌教授與團隊首創「負曲率界面」策略，研發出新型金屬材料。圖中顯示負曲率界面納米沉澱相顯著強化新型合金結構。

理大工業及系統工程學系助理教授陳子斌教授帶領的研究團隊首創「負曲率界面」調控策略，成功解決金屬於極低溫環境下的「冷脆性」樽頸。

在另一項研究中，研究團隊在鎳鈷鉻（NiCoCr）基合金構建了「分級納米有序化」策略。圖中展示了該策略下的納米微觀組織特徵。