人体皮肤与衣物之间的微气候环境是维持生理热湿平衡的首要屏障，其动态稳定性直接影响热舒适性、身体机能乃至健康状况。传统纺织品依赖被动隔热，无法缓解剧烈的热湿波动，导致核心体温不稳定，增加体温过低或热相关疾病的风险。智能纺织品可动态调节自身结构与功能以适应温度、湿度、光照等环境刺激。通过智能纺织品维持人体动态微气候，对人体健康和认知表现具有重要生理意义。然而，传统相变纺织品由于核心材料易泄漏，往往会出现不可逆的功能退化，最终破坏热湿平衡的稳态。
近期，东华大学斯阳研究员首创了一种分子共价接枝微纳结构协同工程策略，将固-固相变材料（SSPCMs）与静电纺纳米纤维结构有机结合。该方法摒弃了传统的封装技术，可直接制备无泄漏、超稳定的固-固相变纳米纤维（SSPCFs）。通过在 SSPCFs 内部构建分级多孔结构，实现了按需热湿解耦，满足了复杂户外环境下自适应微气候调控的严苛要求。这种方法直接制备出兼具零泄漏特性与高结构稳定性的多功能 SSPCFs。借助其高相变焓（83.4 J/g），SSPCFs 能够实现双向热调控，同时通过合理的孔结构设计，实现了防水性与透湿性的协同优化。关键在于，单步静电纺丝技术将这些传统上相互冲突的功能 —— 自适应热响应、防水透湿性能和循环耐久性 —— 集成于单一膜材料中。因此，这种可规模化、高效率的制备策略，为可穿戴设备、户外防护装备和医疗治疗器械提供了一个集成化的无泄漏防水材料平台，实现了自适应热管理。相关研究内容以“Engineered multifunctional nanofibrous membranes with solid-solid phase change for adaptive personal thermal management”为题目，发表在期刊《Chemical Engineering Journal》上。
图 1. (a) SSPCMs的合成结构示意图。(b) SSPCMs在加热/冷却循环中的工作机理。(c) SSPCF的制备示意图。(d) 大尺寸SSPCF的实物照片。(e) 不同环境下SSPCF的热调控（储热/释热）与湿度管理（汗液蒸发）示意图。(f) 不同环境温度下SSPCF与TPU的热调控性能对比。(g) SSPCF的透气性与透湿性。
图 2. 不同比例 DMAc/THF混合溶剂制备的SSPCFs的SEM图像：(a) 纯 N,N - 二甲基乙酰胺（上）和纯四氢呋喃（下）；(b) 1:2；(c) 2:1；(d) 1:1。(e) N,N - 二甲基乙酰胺/固 - 固相变材料（SSPCM）、四氢呋喃/SSPCM及 N,N - 二甲基乙酰胺/H₂O的分子模型；(f)上述体系的相互作用能。(g) 三维（3D）静电场分布（左）与射流速度分布（右）。(h) 溶液性质：电荷密度与黏度。(i) 模拟参数：混合溶剂体系中的电场力（F）与射流速度（V）。(j) 孔径分布；(k) 最大孔径与平均孔径；(l) TPU共混膜的膜孔隙率。
图 3. (a) SSPCF膜的防水性能演示。(b) 多孔膜的防水与透湿机理。(c) 光学轮廓仪图像。(d) 不同TPU混合比例的 SSPCF 膜的算术平均粗糙度（Ra）与水接触角。(e) 不同 TPU 混合比例的 SSPCF 膜的拒液性与透湿性。(f) SSPCF 膜的拉伸应力 - 应变曲线。(g) SSPCF-3 膜在 1000 次拉伸加载 - 卸载循环中的耐久性。(h) 反复洗涤后 SSPCF-3 膜的水接触角、透湿量与耐静水压。
图 4. (a) 聚乙二醇（PEG）与不同质量比SSPCFs的结晶DSC曲线；(b) 其熔融DSC曲线。(c) SSPCF 膜的焓值。(d) 不同质量比 SSPCFs 的TGA。(e) 热循环稳定性：SSPCF-3 经 100 次循环后的 DSC 曲线。(f) SSPCF-3 在一次加热 - 冷却循环中的温度 - 时间曲线。(g) SSPCF-3 在热循环过程中的红外热成像图。(h) 焓值、防水性及透湿性与已报道材料的对比。
结论
本研究突破传统相变封装范式，首创分子工程共价接枝策略，将聚乙二醇（PEG）相变单元固定于线性热塑性聚氨酯（TPU）网络中。该方法使相变过程完全局限于固态框架内，从根本上解决了传统相变材料（PCMs）固有的泄漏难题。结合单步静电纺丝工艺，成功制备出固 - 固相变纳米纤维（SSPCFs），该材料同时具备三大核心功能：（1）稳定的双向热管理能力 —— 相变焓高达 83.4 J/g，且吸热（27.8~42.9 ℃）与放热（5.1~21.2 ℃）区间互补，完全覆盖人体热舒适范围；（2）协同环境防护性能 —— 静态水接触角达 159.3°，耐静水压 > 92.7 kPa，透湿量达 11.66 kg・m⁻²・d⁻¹；（3）优异的使用耐久性 ——100 次热循环后焓值保留率达 99%，30 次洗涤后性能保留率 > 98.5%。
这种创新型相变材料通过消除传统固 - 液相变材料中不可避免的液 - 固界面，从根源上解决了长期存在的泄漏问题。此外，结合精准设计的微纳结构，该材料全面满足了智能纺织品对实时热调控、环境适应性及长效性的严苛要求，从而突破了热响应纺织品领域长期存在的技术瓶颈。该技术具有直接的转化潜力，可应用于需动态维持伤口温度的智能医用敷料、要求热湿双调控的自适应运动服装等场景，其规模化生产路径有望革新医疗健康和可穿戴电子领域的个性化热管理技术。
原文链接：https://doi.org/10.1016/j.cej.2026.173144
