电纺膜因其制备简便且结构可控，已被广泛用作辐射冷却膜，应用于个人热管理和建筑热管理领域。然而，电纺膜存在固有的局限性，如纤维尺寸分布窄、本质疏水性以及多功能性不足，这些问题导致其面临太阳能光谱覆盖不充分、反射率低、水分传输能力受限以及缺乏动态调节能力等挑战。

基于此，中科院福建物质结构研究所吴立新、翁子骧团队通过射流分裂技术制备出具有宽纤维尺寸分布的分叉结构电纺膜，该膜可实现对太阳能光谱更广泛的覆盖。受维管植物蒸腾作用的启发，研究人员设计了仿生梯度润湿性与多孔结构，显著提升了水分蒸发效率。此外，通过电纺 - 喷涂复合技术，成功将负载量高达 70 wt.% 的相变微胶囊（PCMs）整合到纤维中，该相变微胶囊的熔化焓（ΔHₘ）可达 111.8 J/g。

优化后的纤维膜厚度仅为 0.2 mm，却展现出 94.0% 的太阳反射率，同时具备 93.6 W/m² 的辐射冷却功率与 392.5 W/m² 的蒸发冷却功率，能够使皮肤温度降低 5.7-17.4℃。该材料在较薄的厚度下，集宽光谱覆盖、高反射率、高效蒸发及高相变焓于一体，在个人热管理和建筑节能领域具有巨大应用潜力。相关研究内容以“Broad-Spectrum Bionic Polydisperse Radiative Cooling Fiber Membrane Integrating High Phase Change and Evaporation Efficiency”为题目，发表在期刊《Advanced Functional Materials》上。

图 1. ATPT-x% 的制备过程（上排）与热管理机制（下排）。

图 2. ATPT-70% 膜的光学性能与扫描电子显微镜（SEM）图像。a）不同纤维直径、b）不同孔径的 ATPT-70% 膜在太阳波长范围内的散射效率；c、d）AT-TPU 层的 SEM 图像及纤维直径分布（插图）；e、f）P-TPU 层的 SEM 图像；g）AT-TPU 层与 P-TPU 层的孔径分布；h）聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）织物与电纺膜的衰减全反射 - 傅里叶变换红外（ATR-FTIR）光谱；i）PET 织物与电纺膜的太阳反射率及热发射率；j）本研究与文献中报道的辐射冷却膜在厚度与太阳反射率方面的对比。

图 3. ATPT-70% 膜的热管理性能。a）含不同量相变微胶囊（PCMs）的 P-TPU 膜及纯 PCMs 的差示扫描量热（DSC）加热曲线；b）含不同量 PCMs 的 P-TPU 膜及纯 PCMs 的熔化焓（ΔHₘ）与结晶焓（ΔH_c）；c）P-TPU 膜经过 100 次熔化 - 结晶循环后的 DSC 曲线；d）静电纺丝结合静电喷涂的示意图；e）P-TPU 膜与其他相变膜的熔化焓（ΔHₘ）对比；f）无太阳辐射条件下的 ATPT-70%；g）采用太阳模拟器进行控温测试的示意图；h）500 W/m² 太阳辐照下 ATPT-70% 的热管理性能；i）1500 W/m² 太阳辐照下 ATPT-70% 的热管理性能。

图4 a) AT-TPU侧（左）和P-TPU侧（右）的静态WCA图像。AT-TPU膜和P-TPU膜的排汗高度b)。ATPT -70%膜内的水输送图像c)；用亚甲基蓝染色的液滴接触P-TPU侧（左）和AT-TPU侧（右）。电纺膜和PET纺织品的水分蒸发速率d)。用atp -70%薄膜（上）和PET纺织品（下）覆盖的人体皮肤上模拟汗液的光学图像e)。ATPT-70%反重力导水机理研究ATPT-70%在500 W m−2太阳辐照和0.02 mL cm−2含水量g下的热管理。图片显示了ATPT-70%的拉伸强度和柔韧性(h)。电纺膜和PET纺织品的水蒸气透过率i)。

图 5.ATPT-70% 膜与聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）织物覆盖手掌的数码照片（a 图）及热成像图（b 图）（2025 年 3 月 22 日）；户外热管理测试装置示意图（c 图）；个人热管理性能的户外日间测试（2025 年 6 月 12 日）（d 图）；环境温度（Tₐ）高于 28℃（2025 年 6 月 11 日）（e 图）和低于 28℃（2025 年 6 月 15 日）（f 图）条件下个人热管理性能的户外夜间测试；模拟汗液湿润条件下的个人热管理测试（g 图）；ATPT-70% 膜冷却效率与风速的关系云图（辐照强度：1000 W/m²）（h 图）；不同对流换热系数（h_c）下，ATPT-70% 膜的辐射冷却功率与环境温度（Tₐ=20℃）和样品表面温度（Tₛ）差值的关系（i 图）。

结论

本研究通过仿生多尺度结构设计与工艺创新，开发出一种具备三重热调控机制的辐射冷却膜 ATPT-70%。该材料采用电场诱导射流分裂技术构建分叉纤维结构（直径 0.1-2.5 μm），通过优化的多级米氏散射效应实现 94.0% 的平均太阳反射率。借助电纺 - 喷涂复合工艺，成功将质量分数 70% 的相变微胶囊（熔化焓 ΔHₘ=111.8 J/g）整合到膜中，实现双向动态热管理 —— 在无太阳辐射条件下，可实现 2.4℃的降温效果与 1.6℃的保温效果。

受植物蒸腾机制启发，该材料设计了仿生梯度孔结构，实现汗液的定向传输，蒸发速率达 1.5 g/h，是商用聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）织物的 3.2 倍。在模拟太阳辐照条件下，相较于 PET 织物，该材料可使温度额外降低 5.7-17.4℃，其辐射冷却功率达 93.6 W/m²，蒸发冷却功率达 392.5 W/m²，同时兼具优异的稳定性与穿戴舒适性。

本研究为潮湿环境下的动态热管理提供了创新解决方案，兼具高效性、耐久性与舒适性优势。

原文链接：https://doi.org/10.1002/adfm.202510443