具有光谱选择性表面的辐射冷却纺织品，为户外物体和人体的亚环境冷却提供了一种极具前景的节能方案。然而，这类纺织品的光谱选择性中红外发射特性，极大地阻碍了其与自发热物体之间的高效辐射换热，进而对其多样化冷却应用构成了重大挑战。

近日，东华大学张超研究员提出一种双组分吹纺策略，用于制备可规模化生产、超柔性且可修复的纺织品，该纺织品具有定制化的化学组成和纤维直径双重梯度。纺织品的纤维直径梯度在受光区域形成了层级多孔结构，使其外表面的太阳反射率达到了极具竞争力的 98.7%。此外，化学组成梯度促成了 Janus 红外吸收表面的形成：外表面具有高中红外发射率，而内表面则展现出宽谱红外吸收特性，从而促进了与下方自发热物体的辐射换热。因此，该纺织品具备多场景辐射冷却能力，与商用遮阳面料相比，对非加热物体的户外冷却效果可达 7.8℃，对自发热物体的冷却效果可达 13.6℃。相关研究成果以“Scalable and Healable Gradient Textiles for Multi-Scenario Radiative Cooling via Bicomponent Blow Spinning”为题目，发表在期刊《Nano-Micro Letters》上。

本文创新点：

1、采用双组分吹纺技术制备出超柔性梯度结构纺织品，该技术可实现纺织品的规模化生产与原位修复。

2、该纺织品的纤维直径梯度在受光区域形成了层级多孔结构，使其外表面的太阳反射率达到 98.7%。

3、该纺织品的化学组成梯度呈现出非对称光谱选择性：外表面具有高中红外发射率，而内表面可实现高效辐射换热。

4、该梯度纺织品具备多场景辐射冷却能力，可同时为户外非加热物体和自发热物体实现冷却。

图 1 梯度微纤维纺织品（GMFT）的制备与表征。a 双组分吹纺工艺示意图；b 大尺寸 GMFT 照片；c GMFT 成卷状态照片；d GMFT 承载 5 千克重物的照片；e GMFT 折叠性能展示照片（插图为折叠后展开的 GMFT）；f 不同形状表面上制备 GMFT 的照片。

梯度微纤维纺织品（GMFT）的制备与表征

图 1a 展示了制备双重梯度微纤维纺织品（GMFT）的双组分吹纺工艺示意图。首先，通过控制两种不同聚合物纺丝溶液的注入速率，实现它们的实时充分混合。将实时混合后的纺丝溶液进行连续吹纺，成功制备出直径连续变化的微纤维，最终使纺织品在厚度方向上形成了化学组成和纤维直径的梯度分布。图 1b 的光学图像展示了制备的大尺寸 GMFT（80×20 厘米），证明双组分吹纺工艺具备大规模生产梯度纺织品的能力。图 1c 显示了 GMFT 可制备成多种尺寸，且厚度可精确控制。GMFT 具有优异的机械强度，拉伸强度可达 4.0 MPa，并能承受高达 5 Kg的载荷（图 1d）。借助良好的柔韧性，GMFT 可轻松弯曲和折叠（图 1e）。图 1f 表明，通过双组分吹纺技术，GMFT 可直接沉积在不同形状的表面上，能够满足多样化的冷却应用需求。

图 2 梯度微纤维纺织品（GMFT）的双重梯度结构表征。a GMFT 的横截面扫描电子显微镜（SEM）全景图，含不同位置的代表性 SEM 图像及纤维直径分布；b GMFT 的横截面扫描电子显微镜 - 能量色散谱（SEM–EDS）图像及碳；（C）、氧（O）、氟（F）元素分布图c GMFT 不同位置的孔径分布。

GMFT 的横截面 SEM 图像清晰展示了纤维直径的梯度分布（图 2a），从 PVDF 富集侧到 PMMA 富集侧，纤维直径逐渐减小。随着纺丝溶液中 PVDF 被 PMMA 逐步替代，纤维直径从 2.0 μm持续降至 0.3 μm。氟元素仅存在于 PVDF 中，而不存在于 PMMA 中，其梯度分布直观呈现了 GMFT 横截面内 PVDF 和 PMMA 的化学组成梯度。此外，对 GMFT 进行 PMI 孔径分析发现，PVDF 富集侧的孔径集中在 2.0-3.0 μm之间，而 PMMA 富集侧的孔径范围为 7.0-9.0 μm（图 2c）。GMFT 的孔径分布介于 PVDF 富集侧和 PMMA 富集侧之间，呈现更宽的分布范围，这一特性有利于提升太阳光反射效果。同时，对梯度结构纺织品和双层复合纺织品进行弯曲试验：经过 100 次弯曲 - 释放循环后，双层复合纺织品出现明显分层，而梯度结构纺织品仍保持优异的结构稳定性。

图 3 具有Janus光谱选择性发射表面的 GMFT 辐射热管理工作原理。a 户外环境下 GMFT、纯 PMMA 纺织品与纯 PVDF 纺织品的辐射换热对比示意图；b PVDF 和 PMMA 中选择性发射基团与宽谱发射基团的选择示意图；c PVDF 纺织品与 PMMA 纺织品的傅里叶变换红外（FT-IR）光谱图；d 厚度为 300 微米的 GMFT 两侧表面的红外发射率；e GMFT 在 10°-80° 发射角度范围内的平均发射率。

图 4 基于纤维直径梯度的 GMFT 太阳反射性能。a 具有均匀纤维直径和梯度纤维直径的纺织品对太阳光的多重米氏散射示意图；b 纤维直径在 300-2500 纳米范围内的纺织品，在 250-2500 纳米波长下的模拟散射效率；c 不同直径纤维组成的纺织品，在 300 纳米和 2000 纳米入射光下的近场电磁场分布；d 具有均匀纤维直径（小、中、大）和梯度纤维直径的纺织品，在 300 纳米、1000 纳米和 2000 纳米入射光下的近场电磁场分布；e 太阳波长范围内，GMFT、聚偏氟乙烯（PVDF）基微纤维纺织品（MFT₁₅）和聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）基微纤维纺织品（MFT₁₅）的紫外 - 可见 - 近红外（UV-Vis-NIR）反射率。

图 5 梯度微纤维纺织品（GMFT）的太阳反射性能与厚度的相关性。a 厚度为 300 微米的聚偏氟乙烯（PVDF）纺织品的折射率（n）和消光系数（k）；b 厚度为 300 微米的聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）纺织品的折射率（n）和消光系数（k；）c 太阳波长范围内，不同厚度 GMFT 的紫外 - 可见 - 近红外（UV–Vis–NIR）反射率；d 不同厚度的 GMFT 在 1500 纳米、1000 纳米和 500 纳米入射光下的近场电磁场分布。

图 6 梯度微纤维纺织品（GMFT）的辐射热调控性能。a 商用 Elitex 面料与 GMFT 的热调控工作原理对比示意图；b GMFT 的计算日间净冷却功率；c 用于自发热封闭空间热调控时，GMFT 与 Elitex 面料对应的太阳辐照度及实时温度变化；d 空白模拟模型、GMFT（PMMA 富集侧朝外、PVDF 富集侧朝外）遮阳模型及 Elitex 面料遮阳模型在直接 sunlight 照射 60 分钟前后的实物照片与红外热成像图；e 破损 GMFT 的原位吹纺修复过程照片；f 空白模拟模型、原始 GMFT 遮阳模型及破损修复后 GMFT 遮阳模型在直接 sunlight 照射 60 分钟前后的实物照片与红外热成像图（展示热分布特征）。

结论：

本研究通过双组分吹纺技术制备出一种大面积、机械柔性良好且可修复的微纤维纺织品，该纺织品具有化学组成和纤维直径双重梯度。其化学组成梯度形成了独特的Janus红外吸收表面；而纤维直径梯度使纺织品具备层级多孔的太阳光反射界面，使其外表面的太阳反射率达到了极具竞争力的 98.7%。此外，纺织品外表面富含在大气窗口中具有高发射特性的 C-F 基团，中红外发射率高达 95.3%，内表面则展现出 90.9% 的宽谱红外吸收率，能够与下方的自发热物体实现高效辐射换热。

双重梯度结构赋予的这些特性，使得该纺织品能高效促进与相邻热辐射物体的辐射传热，进而可对传统非加热物体以及温度高于周边环境的自发热物体均实现辐射冷却。实际测试表明，该纺织品在户外对非加热物体的平均冷却效果达 7.8℃，对自发热物体的平均冷却效果达 13.6℃，性能优于商用 Elitex 遮阳面料。

这种双组分吹纺工艺还赋予了纺织品优异的结构修复能力：当纺织品因长期使用出现明显破损孔洞时，通过原位吹纺修复可使其结构完整性和冷却功能完全恢复。本研究为制备用于户外物体和人体多场景辐射冷却的双重梯度结构冷却纺织品提供了创新思路。

原文链接：https://doi.org/10.1007/s40820-025-01947-2