将辐射冷却或太阳能加热功能融入个人热管理（PTM）纺织品已引起广泛关注。然而，当前大多数个人热管理纺织品存在功能单一、生物相容性与可降解性有限的问题，且往往忽视了大量出汗带来的影响。

为此，江南大学殷允杰副教授&李娟副教授团队通过分层静电纺丝技术，设计出一种基于聚乳酸的双模式个人热管理纺织品（DMTex）。该纺织品具有不对称的光学特性、润湿性及孔径分布，可实现高效的个人温湿度管理。独特的光学结构与功能颗粒的添加，使 DMTex 冷却侧具备优异的太阳能反射率（96.97%）和红外发射率（86.93%），而其加热侧的太阳能吸收率则达到 85.83%。在 1100 W/m² 的太阳辐射条件下，与白色和黑色聚乳酸织物相比，DMTex 额外实现了 14.32℃的降温效果和 13.09℃的升温效果。此外，三层结构设计赋予 DMTex 出色的单向导湿与防回流性能。同时，DMTex 还具有优良的穿着性、生物相容性与可降解性。这种双模式、可持续的 DMTex 在实现高效个人温湿度舒适管理方面展现出巨大潜力。相关研究内容以“Dual-Mode, Sustainable Textile with Asymmetric Optical and Wettability Design for Efficient Personal Moisture–Thermal Management”为题目，发表在期刊《Advanced Fiber Materials》上。

图1a分层静电纺丝制备DMTex工艺。b DMTex的原理图和光学图片。DMTex是根据热交换途径设计的，灵感来自植物的蒸腾作用。c DMTex的工作原理。d不同样品放置在干燥皮肤上的红外热像图。e实验人员穿着棉质衬衫的红外热像图。f展示DMTex透气性的照片。

DMTex 的设计、制备与作用机制

本研究中，DMTex 的设计主要基于四大核心原则：

（Ⅰ）整合辐射冷却与太阳能加热功能，实现双模式热管理；

（Ⅱ）构建润湿性与孔径梯度，提升蒸发冷却效率；

（Ⅲ）开发简单、经济且可规模化的制备工艺；

（Ⅳ）确保纺织品具备足够机械强度、柔韧性、透气透湿性及生物/环境友好性。

这些设计原则通过材料选择与结构设计得以实现：

基体材料选择：聚乳酸（PLA）因含 C-C、C-O-C 及 C-H 键，兼具生物相容性、环境友好性与辐射散热能力，被选为基体材料。通过在电场下对 PLA 前驱体溶液进行静电纺丝，可制备出层状纳米/微米结构纤维，显著提升太阳光散射效率。

梯度结构构建：通过调节 PLA 与聚醚 F127（F127）的浓度，制备出具有表面能与孔径梯度的三层纤维膜，既能促进汗液脱离皮肤表面，又能加速汗液蒸发。

功能颗粒选择：氧化铝（Al2O3）具备优异的宽带光散射性能，且在太阳光谱中的吸收特性极低；其随机分布状态可通过声子极化共振效应提升红外发射率，因此被掺入亲水层，以提高太阳光散射效率与纤维膜表面粗糙度。炭黑（CB）颗粒安全且成本低廉，兼具大比表面积与优异的广谱太阳光吸收能力，故被引入疏水层以赋予加热功能。

图2 DMTex的a亲水层、b输运层和c疏水层的表面形貌。d DMTex的截面SEM图像。e亲水层和疏水层的超景深三维图像。f纤维直径分布，g孔径分布，h不同时间WCA在疏水层、输运层和亲水层的分布。水滴在亲水层、输运层和疏水层上的i WCA （5 μL）、j扩散直径（20 μL）和k扩散速度变化曲线。

图3 a DMTex的纳米结构调控（左）和官能团选择（右）。b 250 nm Al2O3和450 nm PLA纤维的模拟光散射场强图。c - Al2O3颗粒和d-不同直径的PLA纤维对太阳光的散射效率和e - PLA纤维和f - Al2O3颗粒对中红外辐射的吸收效率。g样品红外光谱图。h不同纤维膜厚度和Al2O3含量DMTex的太阳反射率和MIR发射率。各种溶胶的冷却功率随环境温度的变化。

图4从俯视图看，在a疏水侧和亲水侧投水时的单向水输运。c解释水运的简化模型示意图。d反重力水转移试验。e模拟DMTex和商品棉织物的排汗性能。将水滴在DMTex的疏水侧和朝上的亲水性侧。h加热蒸发试验实验装置示意图。不同样品在加热-蒸发过程中的温度-时间曲线。

图5 a冷热性能测试装置照片及原理图。b 2025年5月13日样品下实时温度和太阳辐照度数据。c志愿者在阳光下穿着棉质衬衫缝制DMTex的红外热成像。d 2025年5月12日，阳光下加热侧、冷却侧和棉质衬衫所覆盖的皮肤表面温度变化。屋顶和帐篷在阳光下的红外热像图。记录了dmtex覆盖的屋顶和帐篷内的温度变化。i各省建筑热管理年度节能图（双模）中国。j 33个城市全年只制冷、只供暖、双模式节能，减少二氧化碳排放。

图6 a DMTex的比热容（Cp）、导热系数（α）和导热系数（λ）。b DMTex的应力-应变曲线。C DMTex和商用织物的透气性和水蒸气渗透性数据。e加热侧和冷却侧在持续和长时间紫外线照射后的太阳反射率和红外发射率。f演示DMTex的灵活性。g溶血率DMTex。h NIH 3T3细胞与对照、PLA纤维膜和DMTex孵育24 h和48 h的荧光显微镜图像和i定量细胞存活率。j DMTex在天然土壤中的降解。

结论

本研究通过分层静电纺丝技术，开发出一种基于聚乳酸（PLA）的双模式热管理纺织品（DMTex）。该纺织品具有不对称光学结构及梯度润湿性与孔径，可用于高效个人温湿度管理。

精心设计的 Janus 结构（双面异性结构）与功能颗粒（氧化铝（Al2O3）和炭黑（CB））的引入，使 DMTex 在冷却模式下展现出优异性能：太阳能反射率达 96.97%，中红外发射率达 86.93%；同时，协同蒸发冷却作用，确保人体在户外活动时保持凉爽干燥。将 DMTex 翻转切换至加热模式后，其太阳能吸收率可达 85.83%，能显著为人体供暖。与白色和黑色聚乳酸织物相比，DMTex 分别额外实现了 14.32℃的降温效果与 13.09℃的升温效果。

此外，DMTex 还具备优良的穿着性能、生物相容性与可降解性。除个人热管理外，该纺织品的应用场景还可拓展至建筑、车辆、帐篷等领域。本研究有望为双模式、可持续个人热管理纺织品的开发与应用提供助力。

原文信息：

Xue, T., Yu, Y., Ma, R. et al. Dual-Mode, Sustainable Textile with Asymmetric Optical and Wettability Design for Efficient Personal Moisture–Thermal Management. Adv. Fiber Mater. (2025). https://doi.org/10.1007/s42765-025-00630-w