随着全球气候的变暖趋势，社会对空调、风扇等传统主动制冷系统的依赖性持续攀升。然而这些技术不仅消耗大量能源、加剧温室气体排放，其应用范围也主要局限于室内环境。因此，无需外部能源输入的被动制冷技术，因其不受室内外环境限制的普适性制冷能力，已成为极具吸引力的替代方案。在人体热管理领域，纺织品作为与皮肤直接接触的第一道热管理界面，占据着独特且关键的地位。

近日，天津科技大学惠岚峰教授团队博士生赵铭月第一作者在期刊《Chemical Engineering Journal》发表了最新研究成果“Bio-based silk fibroin-cellulose acetate Janus fabric for synergistic evaporative and radiative cooling in personal thermal management”。报导了一种先进的丝素蛋白（SF），醋酸纤维素（CA）Janus纳米纤维膜，结合纳米颗粒增强辐射制冷和汗液蒸发冷却，可实现出色的降温效果。

通过顺序静电纺丝的方法，SF与CA紧密结合形成双层膜，调控静电纺丝纳米纤维的直径大小与二氧化硅纳米颗粒的含量，使得平均太阳反射率达到97.13%，平均太阳发射率达到97.70%。Janus膜的两侧具有不对称亲疏水性，以及两侧的分级梯度孔径结构，使材料表现出反重力定向水分传输性能。SF与CA的辐射冷却效果结合汗液蒸发冷却使材料表现出20.9℃的温差。这项工作旨在通过提供一种可持续和高效的解决方案，利用天然和可生物降解材料的独特性能，结合先进的制造技术，为下一代可穿戴热管理系统铺平道路。

图一： CA/SF-SiO₂ 织物的设计

SF与CA被用做Janus膜的外侧和内侧，为了使双层膜具有更优的汗液传输效果，我们所设计的膜的内层孔径要大于膜的外层孔径。经过调控静电纺丝参数后，得到了平均纤维直径为623nm的CA纤维层。同时二氧化硅颗粒被均匀分散在丝素蛋白纤维中，较细直径的纤维与纳米粒子的负载，形成了微孔3D网络结构。CA的粗纤维与SF-SiO2的粗糙细纤维，形成了由低到高的梯度密度分布结构，为反重力水分输送提供了条件。

 图二： CA/SF-SiO₂ 织物的微观结构图

在光学性能方面，该 Janus 纳米纤维织物通过结构尺度与化学组成的协同调控，实现了对太阳辐射与中红外热辐射的精准管理。在 0.3–2.5 μm 的太阳光谱范围内，织物表现出高达 97.13% 的平均太阳反射率，显著优于商用棉织物。该优异反射性能主要源于静电纺丝构筑的亚微米级纳米纤维网络，同时掺杂的 SiO₂ 纳米颗粒进一步引入多级散射界面，从而最大程度抑制太阳热输入。在辐射制冷关键的 8–13 μm 大气窗口内，该织物展现出优异的中红外辐射能力，平均发射率达到 97.70%。傅里叶红外光谱分析表明，丝素蛋白中的酰胺 I、II 和 III 振动模式（C=O、N–H、C–N）以及 SiO₂ 中的 Si–O 和 Si–O–Si 键振动在该波段高度活跃，与大气窗口匹配，从分子层面赋予材料本征的高红外发射特性。

图三： CA/SF-SiO₂ 织物的光学性能

为验证 CSS 织物的热管理性能，我们在中国天津（39° 2′ 27″ N, 117° 41′ 23″ E）搭建测试装置，系统考察了织物在夜间及日间场景下的降温表现。在晴天强辐照条件下（最大太阳强度 850 W·m⁻²），CSS织物展现出显著降温效应。凭借高太阳反射率与高中红外发射率，CSS织物在7h内的平均表面温度较模拟皮肤（肤色硅胶片）低 14.3 °C，在正午强辐照时最大温差达 20.9 °C；日间7h内平均温度比商用棉织物低 10.3 °C。在阴天辐照较弱时，化学键振动诱导的高发射率使得织物较模拟皮肤的最大温差达 4.6 °C。在无太阳辐射干扰的夜间，Janus 织物展现出本征辐射制冷能够实现平均 3.2 °C 的亚环境温降。

图四： CA/SF-SiO₂ 织物的户外制冷性能。

论文链接：ttps://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1385894726009101

人物简介：

惠岚峰，天津科技大学教授，博士生导师，天津市制浆造纸工程市级教学示范中心主任，国家级一流本科课程负责人。长期从事特种功能纸及高性能纸基材料和木质生物质资源的转化与利用的教学科研工作。主持国家自然科学基金、国家重点研发计划课题、天津市科技项目等科研项目20余项，发表论文60余篇，申请发明专利18项，授权发明专利6项。