在单一纺织品中集成辐射制冷和加热对于有效地保持人体热舒适和减少能源消耗至关重要。然而，大多数现有的辐射热管理纺织品要么依赖于复杂的微/纳米结构制造技术，要么依赖于冷却层和加热层的简单堆叠，这两者都极大地限制了它们在实际应用中的可扩展性和长期耐用性。

近日，东华大学蔡再生教授团队受蜥蜴鳞片的角度依赖性太阳能调制特性启发，开发出不对称太阳能约束纺织品（ASCT） ，通过静电植绒和喷涂技术构建了具有垂直纤维阵列（HSC 侧）和水平纤维阵列（LSC 侧）的不对称微纳结构，实现了双向热调节功能：HSC 侧太阳能吸收率达97% 、中红外（MIR）发射率为56% ，LSC 侧太阳能反射率达95.1% 、MIR 发射率为96% ，两侧 MIR 发射率差异高达40% ，热调制范围较传统纺织品提升15°C ，且兼具机械稳健性、透气性、柔软性和耐久性，在可穿戴设备和建筑隔热领域具有广阔应用前景，为规模化双模式热管理纺织品的设计与制备提供了新路径。相关研究成果以“Lizard Scale-Inspired Asymmetric Solar-Confined Textiles Enabling Scalable Bi-directional Thermoregulation”为题目，发表在期刊《Advanced Fiber Materials》上。

图1. ASCT 的概念与设计

ASCT 实现双向热调节的核心结构设计

核心设计是模仿蜥蜴鳞片的不对称结构，构建 HSC（高太阳能约束）和 LSC（低太阳能约束）双侧功能层：

HSC 侧采用垂直尼龙纤维阵列 + MXene 涂层，形成 “光陷阱” 结构，光谱特性为97% 高太阳能吸收率和56% 低中红外发射率，实现高效光热转换（加热模式）；

LSC 侧采用水平 PLA 纤维 + 200-800nm TiO₂纳米颗粒（MTMS 耦合），利用 Mie 散射增强阳光反射，结合 PLA 的中红外辐射特性，光谱特性为95.1% 高太阳能反射率和96% 高中红外发射率，实现被动冷却（冷却模式）。双侧中红外发射率差异达40%，是双向调节的关键光谱基础。

图2. ASCT 的制备。

ASCT 在性能和实用性上的核心优势

热调节能力更强：热管理区间达21.2°C，较传统棉织物拓宽15°C，可穿戴场景下加热/冷却模式与传统棉织物的温差分别达 12.8°C/4.5°C；

实用性更优：兼顾机械强度（应力提升 72%）、透气性（260mm/s）、柔软性，且通过 300 次摩擦 + 20 次洗涤测试，性能稳定；

附加功能丰富：LSC 侧具备疏水自清洁、抗 UV 特性，适配复杂使用环境；

规模化潜力大：采用静电植绒和喷涂技术，工艺简单成本可控，解决了传统微纳结构纺织品制备复杂的痛点。

图3. ASCT 的光学性能。

图4.ASCT 的热管理性能

ASCT 在可穿戴设备和建筑领域的具体应用

可穿戴领域：志愿者穿戴 ASCT 背心在阳光下暴露 1 小时，HSC 与 LSC 侧平均温差达35.8°C；模拟皮肤测试中，冷却模式下较白棉低4.5°C，加热模式下较黑棉高12.8°C；

建筑领域：应用于房屋模型屋顶，阳光下 5 分钟内 HSC 与 LSC 侧温差达12°C；太阳能辐照 950W/m² 时，加热模式最高温度 66°C，较冷却模式高15.4°C，可有效实现建筑内部温度调节，降低能耗。

图5.ASCT 的可穿戴性能。

结论：

受蜥蜴鳞片角度依赖性太阳能调制特性的启发，采用静电植绒和喷涂技术，成功制备出具有不对称太阳能约束结构的双模式热管理纺织品（ASCT）。值得关注的是，通过表面纳米整理技术，实现了织物在中红外波段的贾纳斯（Janus）光谱特性，解决了传统织物无法改变其中红外发射率的技术难题。ASCT 的低太阳能限制（LSC）侧通过甲基三甲氧基硅烷（MTMS）耦合剂将二氧化钛（TiO₂）分子级附着于聚乳酸（PLA）纤维表面制成，其太阳能反射率达 95.1%、中红外发射率达 96%，与无微纳结构的织物相比，太阳能得热最多可降低 70 W/m2 。

翻转 ASCT 后，高太阳能限制（HSC）侧呈现三维微阵列结构，模拟了蜥蜴在寒冷环境中鳞片张开的形态，其太阳能吸收率达 97%、中红外发射率为 56%，加热功率提升 170 W/m 2。此外，ASCT 为建筑和人体提供了广阔的热管理区间 —— 建筑场景中 LSC 侧与 HSC 侧的温差达 12℃，人体应用中两侧温差高达 35.8℃。更重要的是，ASCT 具备优异的机械稳健性、透气性、柔软性和耐久性，是可穿戴应用的理想选择。该策略充分利用了贾纳斯光谱工程的零能耗优势实现热管理，为可靠的双模式温度调节和节能应用提供了巨大潜力。

原文链接：https://doi.org/10.1007/s42765-025-00634-6