目前，人们对智能纺织品的需求在不断增加。变色纺织品作为智能纺织品的一大类，可对外界环境变化进行直接反馈。“变色”这一概念最早来源于变色龙，其主要通过“调节”虹细胞内的纳米晶体结构来改变光线的折射，从而实现颜色的变化［1］。起初研究者通过模仿变色龙变色以提高军队作战时的隐蔽性，便于更好地进行军事作战。伴随研究的深入与系统化，变色材料这一概念逐渐产生。变色材料是指因外界因素（热、光、电、湿、压力等）刺激而产生颜色变化的一类材料。当前，变色材料在装饰、医药、军事伪装、食品质量检测、票据及证件防伪等方面有着广泛的应用，研究者在进行智能变色纺织品制备时，因变色材料自身存在一定的局限性，使所制备的智能变色纺织品存在稳定性差、使用寿命短、生产成本高、颜色变化单一等问题，因此智能变色纺织品成为学者们的研究重点。为更好地提高智能变色纺织品的性能，研究者多从材料的选择入手，或采用不同的制备方法进行新材料的开发。变色材料的种类及其基本性能与变色纺织品的制备方法，对变色纺织品的变色性能至关重要。准确揭示变色材料的变色原理，分析各种变色纺织品制备方法的优劣势，对于提高变色材料应用范围及应用效果具有重要意义。本研究分析了不同类型的变色材料的变色原理、变色纺织品制备方法的优缺点、变色材料在纺织品中的应用现状和发展趋势。1 变色材料的变色机理根据变色材料对外界刺激的响应不同，可将其分为热敏变色材料、光敏变色材料、电敏变色材料、湿敏变色材料以及其他变色材料［2］。总体来看，不同变色材料的区别在于其产生颜色变化的刺激因素不同，但结果均是使其内部分子结构或属性发生变化，改变其吸收光谱，从而引起颜色的变化。依据CHENG Y等［3］对热敏变色材料的变色机理分析可将其分为三类，即分子结构改变、晶体结构改变及胆甾相液晶螺旋结构改变，其中分子结构改变可分为分子间电子转移、分子开环及结晶水的得失。1.1　分子结构改变通常用分子结构描述分子中原子的三维排列方式，当外界环境改变时会刺激分子内部排列方式的改变，使其形成新的分子结构，从而在宏观上显现为颜色的改变。分子结构会涉及到原子在空间中的位置，其具体可分为分子间电子转移、分子开环及结晶水的得失。1.1.1　分子间电子转移当外界环境改变时会刺激电子在两个原子或其他化学物质（分子等）之间移动，产生电子转移，导致变色材料分子结构变化，产生颜色改变。三组分热致变色材料一般由显色剂、隐色剂及反应介质组成，颜色变化时分别作为电子给体、电子受体和溶剂化合物存在。一般情况下，电子给体的氧化还原电位与电子受体的氧化还原电位相对接近，当温度变化时，二者之间发生电子转移，分子结构产生变化。结晶紫内酯作为常用的隐色剂材料，主要依靠内部内酯环结构的开闭环状态改变实现颜色改变。当其接受电子后，内脂环结构会发生开环反应，形成有色络合物，显现颜色。当温度升高时，显色剂电子的释放受到阻碍，内酯环结构处于闭环结构，变色材料呈无色。当温度降低时，显色剂释放电子，结晶紫内酯的闭环状态被打破，材料颜色变为蓝紫色。结晶紫内酯结构的改变具体如图1所示。.F001图1结晶紫内酯结构的变化为解决三组分热敏变色材料变色范围窄、稳定性差的问题，研究者常选择结晶紫内酯和双酚A作为隐色剂和显色剂，改变其反应介质的种类。例如：MA X等［4］选择结晶紫内酯、双酚A及脂肪醇制备出具有良好热稳定性的热致变色微胶囊，通过配色原理解决了热敏变色材料变色范围窄的问题；毛冬宇等［5］选择结晶紫内酯、双酚A、14醇，确定了三者之间的最佳比例及试验参数，制备出了耐热性、耐酸碱性好的热致变色微胶囊；胡琴等［6］选用结晶紫内酯、双酚A以及萘制备了检验温度更高、耐热性更好的变色材料；WANG S等［7］选择结晶紫内酯、双酚A、1⁃14烷，采用熔体同轴静电纺丝法制备出了可逆的热致变色核⁃壳纳米纤维，并通过加入NaCl改善了纤维的形态和力学性能。以上主要通过选择不同种类的反应介质，对材料的某一单一性能进行优化。但是反应介质主要影响热敏变色材料的反应温度，对其性能的优化存在一定的限制。为提高变色材料的响应速度，朱多银等［8］通过电子注入和脱离使得普鲁士蓝中的铁离子在2价和3价之间进行价态的转换，引起材料颜色的变化，制备出了变色响应速度快的电致变色器件；GICEVICIUS M等［9］通过聚苯胺在电化学电位的作用下发生可逆的氧化和还原反应，缩短了所得电致变色复合材料的电致变色切换时间。当聚苯胺为全还原态时，全部为苯环结构，呈现无色或浅黄色。随着氧化过程的进行，逐渐出现醌环结构，当苯环与醌环的比例为3∶1时，聚苯胺到达中间氧化态，颜色为蓝色；当该比例为1∶1时，即苯醌交替形式，聚苯胺到达最高氧化态，颜色变为深紫色。分子间电子转移作为一种基本的化学行为，相比于其他行为更易发生，因此当变色材料因分子间电子转移产生颜色变化时，具有变色速度快、响应时间短等优势，但稳定性、耐久性等较差。1.1.2　分子开环螺吡喃、螺噁嗪作为常见的有机光敏变色材料，在受到一定波长光照射时，其C—O键会发生裂解，形成开环有色体体系，使其吸收光谱产生改变，产生颜色变化。当另一波长的光进行照射时，其开环结构恢复至闭环，颜色消失，实现光敏变色，具体如图2所示。.F002图2螺吡喃的变色原理由于螺吡喃、螺噁嗪内部存在不饱和键，使得其稳定性较差。为解决这一问题，刘晓妮等［10］选择螺噁嗪和聚氨酯制备出了具有较高灵敏度和较好稳定性的光敏变色微胶囊；ZHENG Y等［11］将螺吡喃与聚己内酯掺杂制备出具有高灵敏度、对紫外光快速响应的光致变色纤维和纱线。因此，为提高变色材料的稳定性，学者多选择将其进行微胶囊化，通过选择不同种类的壳材，改善变色材料稳定性较差的问题，对其整体性能进行优化。同时，为改变光敏变色材料稳定性较差的问题，有研究者选择从新材料的开发或改变原有材料结构入手，实现其性能优化。例如BAO B等［12］通过合成1⁃（2⁃羟乙基）⁃3，3⁃2甲基林啉⁃6′⁃硝基苯并吡喃端基水性聚氨酯，制备出了具有灵敏变色能力和稳定循环性能的变色织物；邢颖等［13］通过合成吲哚啉螺噁嗪类光致变色染料与水性聚氨酯，制备了一种光致变色组合物，提高了光敏变色材料的耐光照牢度和耐疲劳性，同时其光致变色染料含量较低，可降低制备成本；孙宾宾等［14］将螺噁嗪类光致变色基团引入羧甲基纤维素，得到的光致变色材料热稳定性有显著增强。上述研究中对变色材料性能的优化效果较为显著，同时还能解决制备过程中成本较高等问题。目前来看，变色材料虽然有较好的变色效果和响应速度，但是其生产过程较复杂，生产成本较高，不具备经济环境友好性，且变色缓慢，耐疲劳性和光稳定性较差［15］。1.1.3　结晶水的得失当环境中水分子达到一定数量时会引起变色材料分子结构的变化，从而改变其对可见光的吸收光谱，产生颜色变化。氯化钴等金属盐吸收空气中的水汽后可由蓝色的CoCl2变为红色的CoCl2·6 H2O，从而成为早期湿敏变色材料制备时常采用的原料，但因其具有一定的毒性，且不具备环境友好性，近年来该方法已逐渐被淘汰［16］。为解决这一问题，学者开始研究绿色无毒、无重金属的湿敏变色功能材料［17］。任健旭［18］依靠黑色NiI2吸收水分后转变为蓝绿色NiI2·6 H2O这一特性，制备出了灵敏度高、重复性好且具备环境友好性的湿敏变色材料，其颜色变化具体如图3所示。图3NiI2吸水变色图.F3a1（a）黑色NiI2.F3a2（b）蓝绿色NiI2·6 H2O1.2　晶体结构改变晶体结构改变主要是指其晶体结构或晶体形态等发生改变，其改变所需的条件较高，不易达成，所制备的变色材料的耐光性、稳定性较好，但灵敏度较低。文献［2］的CHOCOLATL⁃TORRES M等通过硝酸盐共沉淀法合成了Ag2HgI4和Cu2HgI4，实现了材料的热敏变色。常温下，两种材料呈现有序正方结构即β相，温度升高时，金属离子与汞离子位置混合，形成一种无序的伪立方结构α相，颜色发生改变。Ag2HgI4由黄色转变为橙色，Cu2HgI4则由红色转变为棕色。整体来看，通过晶体结构的改变所制备出的变色材料虽具有良好的耐光性，但其灵敏度相较于分子结构改变所产生颜色变化的变色材料低。1.3　胆甾相液晶螺旋结构改变胆甾相液晶又称为手性向列相液晶，是一种具有周期性螺旋超结构的“软”光子晶体。该液晶呈周期性分子螺旋结构，可选择性反射可见光［19］。其作为常用的一类变色材料受到学者的广泛关注。为提高变色材料的稳定性，刘晓珺等［20］通过诱导胆甾相液晶螺旋结构的螺距改变，使其发生异构化反应，改变了反射可见光的波长，实现了颜色的改变，提高了其稳定性。盛明非等［21⁃22］等通过改变胆甾相液晶的螺旋结构和各向异性，调节其对入射光形成的选择性反射，制备出了具有良好稳定性及变色性能的电敏变色液晶纤维。胆甾相液晶主要依靠螺旋扭曲或螺距发生变化实现颜色改变，变色颜色虽较为鲜艳，但其可逆性、稳定性较差。综上可知，当材料分子结构改变时，其宏观上颜色变化的热稳定性及变色效果较好，但使用寿命较短。晶体结构改变因对外界环境的要求较高，使得其耐光性、稳定性较好，但灵敏度较低。胆甾相液晶螺旋结构改变使材料的变色颜色鲜艳，但因可逆性较差、成本较高等问题，使其在使用中受到一定的限制。几种变色材料的变色机理对比如表1所示。.T001表1几种变色材料的变色机理对比变色原理典型变色材料优势劣势分子结构改变（分子间电子转移）热敏、电敏变色材料变色速度快、颜色鲜艳、热稳定性好使用寿命短分子结构改变（分子开环）光敏变色材料变色速度快、颜色鲜艳、热稳定性好使用寿命短分子结构改变（结晶水的得失）湿敏变色材料变色速度快、颜色鲜艳、热稳定性好使用寿命短晶体结构改变光敏、电敏变色材料耐光性、稳定性好灵敏度低胆甾相液晶螺旋结构改变热敏、光敏、电敏变色材料颜色鲜艳可逆性差、稳定性差、成本高2 变色纺织品的制备方法目前，变色纺织品的制备方法可分为两大类：变色纤维的制备及印染后整理技术。变色纤维的制备方法具体有溶液纺丝法、熔融纺丝法、接枝聚合法等。其中，熔融纺丝法又包括聚合法、共混纺丝法和皮芯复合纺丝法。适用材料的变色原理为分子结构变化。优势是所制纤维的色牢度、稳定性较好，生产工艺简单，对化合物耐氧化、耐高温等。劣势是对生产设备要求较高，生产成本较高。印染后整理技术主要是将变色材料进行微胶囊化后采用印染方法将其固定在纺织品上。适用材料的变色原理为晶体结构改变、胆甾相液晶螺旋结构改变。优势是织物适用范围广，颜色鲜艳，灵敏度高。劣势是手感、透气性、色牢度较差，使用寿命较短。微胶囊化即将变色材料作为芯材，使用一些特殊的成膜材料作为外壳将其包裹在内，形成直径极小的微型容器，从而改善变色材料塑性差、在空气中易变质等问题［23⁃24］。采用变色纤维制备变色纺织品，主要是在聚合物输入纺丝泵之前加入变色材料，从而制备出具有变色性能的纤维。该方法对纺织品舒适性的影响较小，且具有较好的色牢度及稳定性。但在制备过程中，不同产品对生产过程中温湿度的要求不同，所采用的材料、设备等需具有较高的要求。分子结构改变实现颜色变化的材料具有较好的热稳定性，能够满足变色纤维生产过程中对化合物耐高温等的高要求，且对其使用寿命影响较小，因此此类智能纺织品适合采用该方法进行制备。印染后整理技术是将变色微胶囊固定在织物上，对织物的选择没有限制，但由于微胶囊、黏着剂的存在，会阻塞织物的孔隙，使其手感、透气性等性能降低，对其舒适性、使用寿命等影响较大［25］。晶体结构改变实现颜色变化的材料具有较低的灵敏度，该方法仅对材料进行包覆，对其灵敏度产生的影响较小；胆甾相液晶螺旋结构改变的材料因稳定性差，无法满足变色纤维制备过程中的生产要求，但通过微胶囊化将其进行包裹，可以改善这一劣势。因此，以上两类材料制备智能变色纺织品时更适合采用印染后整理的方法。综上可知，智能变色纺织品制备工艺的优化及新工艺的探索是目前研究中的一大热点。为改善变色纺织品稳定性差、寿命短等问题，ZOU X等［26］采用微流控纺丝技术制备了在不同温度下动态改变其颜色的热致变色海藻酸盐微纤维，但该方法会使纤维的拉伸强度有所降低。因此，未来如何在不影响纺织品性能、使用寿命等条件下，对其制备方法进行优化，需进一步深入研究。3 变色材料在纺织品中的应用目前，纺织品中应用较多的变色材料为热敏变色材料和光敏变色材料，其他变色材料因其自身的局限性，应用较少。随着研究的深入，变色材料在纺织品中的应用已不仅局限于提高纺织品的美观性，学者的研究重点在悄然改变。其中，变色材料与其他功能材料结合应用，赋予纺织品更多的附加价值是未来智能变色纺织品发展的一大趋势。3.1　装饰美化变色材料应用于纺织品时会赋予其一定的美观性，满足人们对服装外观的审美需求。例如：张瑜等［27］采用不同的方式将热敏变色微胶囊通过数码印花的方式与织物结合，在改善变色材料稳定性的同时，提高织物在图形、色彩、表面肌理效果等方面的美观性；侯晓玲等［28］通过微胶囊技术将色泽鲜艳、耐高温、耐溶剂光敏变色材料印染在童装上，使其具有良好变色性能，实现童装的智能化与个性化发展；MACHARIA D K等［29］将TiO2⁃x/染料/羟基乙基纤维素基通过光可逆变色系统包覆在经聚二甲基硅氧烷处理的棉织物中，实现了纺织品图案的远程快速打印，同时该图案能够使用近红外光擦除，实现纺织品图案的变化。综上可知，当研究者采用变色材料对纺织品进行装饰美化时，多采用微胶囊技术将其包裹后印染至纺织品上，以减少制备过程中对材料颜色鲜艳程度及稳定性的影响。3.2　功能防护变色材料本身具有可变色性，当其与其他材料混合应用于纺织品时，功能性材料的加入会改善变色材料本身存在的一些局限性。例如：ABOU ELMAATY T M等［30］将硒纳米粒与变色材料按照不同的比例，采用平网印花技术印花于童装上，硒纳米粒的加入在提高颜色的色度、牢度等的同时，又赋予了童装抗菌和防紫外线性能；HE Z C等［31］则将聚二甲基硅氧烷创造性地与光敏变色微胶囊混合，提高了光致变色疏水棉织物的灵敏度、抗疲劳性能，又赋予了其一定的疏水性能。其次，纺织品颜色的变化会使其具有一定的警示或防伪功能等，其他材料也会赋予纺织品额外功能，提高其附加价值。例如：美国曾采用光敏变色纤维制成“变色龙”迷彩服，其可以感知外界可见光和热源温度的变化而相应地改变颜色，满足了军队对隐蔽性的需求；GENG X Y等［32］制备了可逆热致变色微胶囊相变材料，并将其应用于消防防护服中，为消防员在各种火灾环境中提供足够的热防护的同时，提供一定的温度警示作用。3.3　柔性电子器件柔性电子器件是柔性电子的主要体现形式之一。随着电子设备与智能可穿戴设备的不断发展，柔性电子器件在智能纺织品中的应用更加广泛。例如：SHI M等［33］将热致变色微胶囊与稀土发光材料的持久发光特性相结合，制备了一种具有强度、韧性及热致变色功能的发光纤维，其在纺织品柔性热传感器中有着广泛的应用；WANG C等［34］采用电致变色颜色记忆微胶囊技术开发了电致变色颜色记忆穿戴式智能纺织品及柔性显示器。但以上依据传统方法制备出的柔性电子器件存在成本较高、环境污染等问题。因此，文献［9］中GICEVICIUS M等选择电化学方法将聚苯胺沉积在镀金属织物上，制备了具有稳定电致变色和良好耐疲劳性的电致变色纺织品。未来该技术可以在变色视觉界面、可穿戴技术、物联网设备和光学传感器的开发中得到应用。4 结语变色材料作为近年来国内外对智能材料研究的重点，在纺织品中的相关应用较少，其在应用过程中稳定性差、生产成本高等问题是主要制约因素。因此，如何有效提高智能变色纺织品的稳定性，降低生产过程中的成本是变色材料在纺织品应用中亟待解决的问题。变色材料的发展趋势表明，从其原理入手是解决智能变色纺织品稳定性差、优化其性能的有效方法。同时，未来研究中还需对其制备方法进行优化，寻找新型制备工艺。智能变色纺织品作为智能服装中兼备美观性和功能性的一类产品，随着研究的进一步深入，必将成为人们日常生活、工作、学习中不可或缺的一部分。