近日，西南交通大学王勇教授、杨静晖副教授团队出了一种新型复合织物，由静电纺丝聚偏氟乙烯（PVDF）纤维和在PVDF纤维表面原位生长的UiO-66颗粒组成。首先， PVDF纤维织物的高孔隙率和极性β型晶体，分别利于水气传输和呼吸监测。另外，PVDF的强反射和高红外发射能力，还适用于辐射制冷。其次，UiO-66表现出高吸湿性可用于可穿戴织物的制造。因此，这种复合织物有望展现出多种功能：被动冷却、呼吸监测和烟雾过滤。

该复合织物实现了以辐射制冷为主导的被动降温，因此，在0.3-2.5 μm红外光谱范围内的反射率达93.78% ,在8-13 μm中红外区域的发射率为92.72%。最重要的是，在太阳辐照度为846 W/m-2的户外测试中，复合织物较环境温度降低18.7 ℃，且借助UiO-66的高吸水能力，与传统无纺布口罩相比，该复合织物实现了5.5 ℃的降温效果。其集成的烟雾过滤和呼吸监测能力进一步使这种复合织物在一些恶劣工作环境中具有广泛的应用前景。因此，这项工作对开发下一代智能医疗设备具有重要意义。相关研究以“Multifunctional Face Mask with Daytime Passive Cooling Based on PVDF/Metal-Organic Frameworks Hybrid Fabric”为题，发表在期刊《ACS Applied Materials & Interface》上。

制备过程流程图：

图1：(a) TFA织物的制备工艺; (b) 热管理织物潜在应用示意图。

核心制备步骤

步骤1：制备PVDF织物

配制PVDF电纺溶液：将PVDF溶于DMF（0.15 g/ml），并搅拌均匀。

静电纺丝：将溶液转移到注射器中，纺丝电压设定为16 kV，针与接收板之间的距离调节为17厘米，溶液送料速率为33 μm min−1。湿度和环境温度分别稳定在 ~55%和 ~30 °C。

步骤2：制备复合织物

UiO-66原位生长：将PVDF织物浸入含有四氯化锆（ZrCl4）和对苯二甲酸（H₂BDC）的溶液中，并使用反应釜在烘箱中加热，最终得到PVDF/ UiO-66复合织物。

织物形态结构：

图2. PVDF和TFA织物的SEM显微照片：(a1) PVDF，(a2) TFA-3，(a3) TFA-6，(a4) TFA-10。(b1-b2) C、F和Zr的元素分布图。织物的统计直径分布：(c1) PVDF，(c2) TFA-3，(c3) TFA-6，(c4) TFA-10。(d) PVDF和TFA 织物的XRD图谱。(e) PVDF和TFA织物的FTIR光谱。

光学冷却性能与实际应用：

图3. （a-b）PVDF和TFA织物的反射率和发射率光谱。（c1-d1）户外光照与降温模拟实验装置示意图。（c2-d2）PVDF和TFA-10 织物的室内模拟辐射制冷及实时温度曲线。（e）模拟阳光下口罩的热成像图。（f）室内静息状态下佩戴30分钟后口罩内外表面的热成像图。（g）与（e）对应的温度-时间曲线。（h）与（f）对应的温度及表面状态柱状图。

吸湿透气的可穿戴性与应用：

图4. 测试过程中PVDF、TFA-3、TFA-6和TFA-10的水接触角（WCA）：（a）0分钟，（b）5分钟。（c）PVDF、TFA-10和无纺布的吸水率。（d）无纺布、PVDF和TFA-10的水蒸气透过率。（e）白天的温度变化和太阳强度。（f）PVDF和TFA-10织物实现的提取温差。（g）PVDF 和TFA-10织物的室内光照模拟蒸发冷却曲线。（h）覆盖有湿润皮肤的样品的红外热图像。（i）TFA-10织物洗涤的光学图像。（j）洗涤后的室内模拟蒸发冷却曲线。（k）洗涤后的室内模拟蒸发冷却曲线。

呼吸监测与烟雾过滤应用：

图5.（a）无纺布、PVDF、TFA-10 的口罩示意图。（b）呼吸监测中通过膜进行数据采集的流程图。（c）介电常数曲线图。（d1-d3）无纺布、PVDF、TFA-10复合织物在不同呼吸状态下的输出电压。

图6.（a1-a3）无纺布、PVDF和TFA-10对烟尘吸附的演示实验，以及（b1-b3）显示不同样品对烟雾颗粒吸附能力的SEM图像。（b1）无纺布，（b2）PVDF，（b3）TFA-10。

结论

本研究报告了一种新颖且可行的方法，通过静电纺丝和原位生长将PVDF纤维与UiO-66颗粒结合起来，通过设计集成结构以实现协同效应。此外，还研究了UiO-66颗粒对织物太阳反射率和红外发射率的影响。随着UiO-66负载的逐步提升，复合织物的太阳反射率和红外发射率相应提升，分别达到93.78%和92.72%。在户外846 W m-2的太阳辐射的测试中，与环境温度相比，复合织物在直射阳光下温度下降约18.7°C。当制成口罩时，复合织物实现了5.5 ℃的温降，远低于传统无纺布口罩，为人体提供了良好的热舒适。此外，复合织物在吸汗方面表现出色，在炎热潮湿的环境下有效增强蒸发制冷效果。最后，其集成的烟雾过滤和呼吸监测功能满足了现代可穿戴面料的多样化需求。

原文链接：https://doi.org/10.1021/acsami.5c17573