仿生蒸发冷却机制是提高人体户外热管理效率的关键途径，但传统面料的结构限制和传热效率瓶颈导致汗液滞留，加剧了皮肤热负荷，制约了微环境舒适调节目标的实现。
近期，东华大学覃小红教授、王黎明教授团队采用成熟的织造工艺，采用芯壳纱织造出具有单向排汗、三种冷却方式的超织物。通过等离子体处理在织物中形成的梯度润湿结构，可以将液态水从皮肤中抽出，扩散到织物外层快速蒸发（0.41 gh−1），在棉质材料的汗液蒸发领域处于领先地位。同时，在壳纳米纤维中加入导热物质，提高了棉织物的汗液冷却利用率，通过汗液蒸发使皮肤温度额外降低3.5℃。在室外模拟人体出汗实验中，核壳超织物与包皮棉织物相比，温度降低了7℃。由于其优异的性能，这种超织物可以为开发热湿舒适纺织品提供有希望的设计指南。相关研究内容以“Core–Shell Yarn Woven Metafabric: Integrated Autonomous Sweat Transport and Radiative-Perspirative Cooling”为题目，发表在期刊《Advanced Fiber Materials》上。
图 1 超材料织物的制备示意图。a 植物蒸腾作用的示意图；b 具有汗液定向传输和三种冷却效应的超材料织物在户外环境中的示意图；c 核壳纱线（SCSY）的照片；d 核壳纱线（SCSY）的打结数码照片；e 该超材料织物与其他吸湿排汗织物的蒸发速率对比。
核心制备步骤
步骤 1：SCSY（智能核壳纱线）制备
配制 CA@Al₂O₃溶液：将 CA 粉末溶于 DMAc /丙酮（1:2）形成CA 溶液，加入 Al₂O₃；
共轭电纺：将溶液装入注射器，施加电压，接收距离 10cm，收集装置转速 100rpm，进料速率0.5mL·h⁻¹；
纱线成型：电纺纳米纤维沉积并包裹棉纱，形成 CA@Al₂O₃/棉纱（SCSY），同时制备无 Al₂O₃的 CA@棉纱作对照。
步骤 2：超材料织物制备
织造：SCSY 织成平纹织物（CA@Al₂O₃/棉织物）；
等离子体处理：采用 PLUTOVAC 等离子刻蚀仪，200W 功率、300cm³・min⁻¹ 气流、60s 处理时间（90s 处理会导致全亲水，破坏单向传输），最终获得超材料织物。
图 2 制备与表征。a 超材料织物、棉纱线及核壳纱线（SCSY）的制备过程；b 核壳纱线（SCSY）的SEM图像；c 核壳纱线（SCSY）壳层纳米纤维的SEM图像，插图为其放大图d、e 核壳纱线（SCSY）横截面的SEM图像；f、g 醋酸纤维素@氧化铝（CA@Al₂O₃）纳米纤维与棉纱纤维的直径分布图；h 棉纱线与核壳纱线（SCSY）的应力 - 应变曲线；j、k 超材料织物等离子体处理前后的SEM图像；l 超材料织物、醋酸纤维素 @棉织物及普通棉织物的FTIR；图m 超材料织物与醋酸纤维素@棉织物的XRD图谱。
图 3 超材料织物的单向汗液传输与蒸发性能。a 超材料织物两侧的水滴光学显微镜图像；b 超材料织物两侧在不同时间的动态水接触角（WCA）；c 超材料织物以内层为上时的吸湿排汗测试（MMT）结果；d 超材料织物以外层为上时的吸湿排汗测试（MMT）结果；e 向超材料织物内层滴加 100 μL 罗丹明 B 水溶液（展示单向液体传输能力）；f 向超材料织物外层滴加 100 μL 罗丹明 B 水溶液（展示单向液体传输能力）g 向超材料织物内层滴加罗丹明 B 水溶液后，织物内、外层的光学图像；h 超材料织物简化的单向水分传输机制示意图；i 不同体积液滴落在普通棉织物上时，扩散直径与时间的关系；j 不同体积液滴落在超材料织物上时，扩散直径与时间的关系；k 普通棉织物与超材料织物的蒸发速率结果。
图 4 超材料织物的室内导热 - 蒸发性能。a 不同氧化铝（Al2O3）含量下织物的导热系数；b 普通棉织物、醋酸纤维素 @棉织物（CA@Cotton fabric）与超材料织物的导热系数对比；c 织物表面温度测试装置示意图；d、f 干燥状态下超材料织物的红外（IR）图像及实时温度；e、g 湿润状态下超材料织物的红外（IR）图像及实时温度；h 干燥与湿润超材料织物的外表面温度对比图。
图 5 超材料织物的户外实际应用性能。a 超材料织物用于个人降温的概念示意图；b 普通棉织物、醋酸纤维素 @棉织物（CA@Cotton fabric）及超材料织物在太阳波长范围内的实测反射光谱；c 普通棉织物、醋酸纤维素 @棉织物（CA@Cotton fabric）及超材料织物在红外（IR）波长范围内的实测发射率光谱；d、e 户外实验设备的照片与示意图；f 2025 年 5 月 29 日（在 0.2 mL・h⁻¹ 的连续供水条件下）的环境温度、裸露模拟皮肤温度、覆盖干燥超材料织物的模拟皮肤温度、覆盖湿润超材料织物的模拟皮肤温度及覆盖湿润棉织物的模拟皮肤温度（实时监测数据）；g 2025 年 5 月 29 日上午 11:00—12:00（在 0.2 mL・h⁻¹ 的连续供水条件下），覆盖干燥超材料织物的模拟皮肤、覆盖湿润超材料织物的模拟皮肤及覆盖湿润棉织物的模拟皮肤的实时温度；h 与裸露模拟皮肤相比，覆盖干燥超材料织物、湿润超材料织物及湿润棉织物的模拟皮肤在日间的最大降温幅度；i 2025 年 5 月 27 日上午 10:00— 下午 4:00（无汗液条件下）的环境温度、裸露模拟皮肤温度、覆盖超材料织物的模拟皮肤温度、覆盖醋酸纤维素 @棉织物（CA@Cotton fabric）的模拟皮肤温度及覆盖普通棉织物的模拟皮肤温度（实时监测数据）。
结论：
本研究报道了一种新型核壳纱线机织超材料织物，该织物旨在通过蒸发、导热与辐射三种方式实现个人汗液与温度管理。基于梯度润湿性与毛细作用，该超材料织物在棉基材料中实现了领先的汗液蒸发速率（0.41 g・h⁻¹）。同时，导热添加剂的加入使其导热系数较普通棉织物提升约两倍，热量能够更快地传递至织物外层，这是加速汗液蒸发、实现蒸发冷却的重要原因之一。此外，在干燥炎热的日间，该织物可通过吸收并蒸发汗液实现 3.5℃的降温效果。另外，在户外冷却测试中，湿润状态下超材料织物的冷却效果优于湿润状态下的普通棉织物，降温差值达 7℃。基于上述特性，该超材料织物在推动下一代先进热湿管理纺织品的发展方面具有广阔前景。
原文链接：https://doi.org/10.1007/s42765-025-00628-4
