随着可穿戴电子设备的发展，对多功能智能材料的需求不断增加。近年来，研究人员成功设计了各种具有特定功能的可穿戴材料，包括能够有效管理汗液的纺织品、用于实时健康监测的柔性传感材料以及提供电磁屏蔽和光热的复合纤维转换。然而，现有材料大多局限于单一或双重功能，仍无法满足复杂实际应用对协同多功能性能的需求。因此，将多种功能（如水分管理、光热转换、电磁防护和运动传感）集成到一个材料系统中具有重要意义。

近日，吉林大学张淑玲教授团队在期刊《Composites Part B: Engineering》上，发表了最新研究成果“Bionic nanofiber membrane with hierarchical structure for directional sweat transport, photothermal conversion, electromagnetic protection and motion monitoring”。研究者受维管植物的启发，通过组分之间的界面相互作用制备了具有多层结构的一体化仿生纳米纤维膜（CuS@PDA/PAN-MXene-TPU），CuS@PDA/PAN-MXene-TPU沿厚度方向表现出了润湿性和孔径差异，有利于定向排汗，可有效缓解汗液积聚带来的不适感。此外，由于CuS和MXene双导电网络的协同作用，CuS@PDA/PAN-MXene-TPU在光热转换、电磁防护和运动监测方面表现出优异的特性。值得一提的是，光热转换性能不仅能提高CuS@PDA/PAN-MXene-TPU的表面温度赋予其抗菌能力，还能加速汗液的蒸发，进一步提升可穿戴材料的舒适度。

图1：CuS@PDA/PAN-MXene-TPU仿生纳米纤维膜的设计、制备和应用。

CuS@PDA/PAN-MXene-TPU仿生纳米纤维膜具有较好的定向汗液管理能力，反重力条件下可在10s内实现汗液的定向传输。此外，CuS@PDA/PAN-MXene-TPU还具有优异的透湿性（688 g·m-2·d-1）和透气性（874.56 mm/s），可以有效保持皮肤表面干燥，避免佩戴过程中汗水积聚带来的闷热感。

图3：CuS@PDA/PAN-MXene-TPU的汗液管理、透湿以及透气性能。

光热性能测试显示，CuS@PDA/PAN-MXene-TPU在50 mW·cm-2近红外光辐照下，10 s内即可实现24 °C的温升，展现出优异的光热转换效率。此外，室外环境下的太阳能加热实验表明，其性能超过商用棉布。

图4：CuS@PDA/PAN-MXene-TPU的光热转换性能。

CuS@PDA/PAN-MXene-TPU仿生膜（厚度约88 μm）在X波段表现出48 dB的电磁屏蔽效能，其比屏蔽效能（SE/t）高达417.86 dB/mm。此外，该材料在Ku、K及Ka波段亦展现出优异的屏蔽性能，可有效屏蔽99.99%的电磁波。

图5：CuS@PDA/PAN-MXene-TPU的EMI屏蔽性能。

CuS与MXene构筑的双导电网络使CuS@PDA/PAN-MXene-TPU材料展现出优异的应变传感性能，其响应时间和恢复时间分别仅为80 ms与60 ms。此外，即使在模拟汗液环境中，该材料仍能保持稳定的应变信号输出，表现出良好的环境适应性，适用于人体运动监测等实际应用场景。

图6：CuS@PDA/PAN-MXene-TPU的传感性能。

作者通过静电纺丝和喷涂技术制备了具有层状结构的CuS@PDA/PAN-MXene-TPU仿生纳米纤维膜，可同时实现定向汗液管理、光热转换、电磁保护和运动监测。这项工作为多功能智能穿戴材料的开发提供了一个设计策略。

论文链接：https://doi.org/10.1016/j.compositesb.2025.113088

人物简介：

张淑玲，吉林大学化学学院教授，博士生导师。主要聚焦于聚合物基多孔材料、多功能电磁屏蔽材料研究。近年来，先后承担总装备部预先研究项目、国家自然科学基金项目、吉林省重大科技攻关专项、吉林省重点科技研发项目等多项国家和省部级科研任务，并获得“吉林省中青年科技创新带头人”荣誉称号。电子邮箱: zsl@jlu.edu.cn。