电子纺织品作为柔性电子的关键平台，在智能传感、能量收集和个人热管理等领域展现出巨大潜力。然而，实现多功能化通常需要堆叠不同的功能层，这不可避免地会牺牲织物的穿着舒适性、界面稳定性和耐用性。如何在不影响穿戴体验的前提下，将能量收集、智能传感与个人热管理功能高效集成，是当前可穿戴电子领域面临的核心挑战之一。
近日，江南大学魏取福教授与中科院苏州纳米所李连辉副研究员、新加坡国立大学吴昌盛教授团队合作，提出了一种基于光子工程设计的辐射冷却摩擦电纺织品（Radiative Cooling Triboelectric Textile, RCTT）。该工作通过巧妙的材料与结构设计，将自供能传感与被动辐射冷却功能集成于单一织物中，为解决可穿戴电子设备的可持续供电与户外热舒适问题提供了全新策略。研究成果以“Photonic‑Engineered Radiative Cooling E‑Textiles for Self‑Powered Sensing and Thermoregulation”为题发表于期刊《Advanced Fiber Materials》。论文第一作者为江南大学纺织科学与工程学院博士生樊崇辉，通讯作者为江南大学魏取福教授、中科院苏州纳米所李连辉副研究员、新加坡国立大学吴昌盛教授。
【研究亮点】
1、创新集成策略：首次将自供电传感与被动辐射冷却功能理性集成于单一织物平台，从根本上解决了多层堆叠导致的舒适性、透气性及界面稳定性下降的难题，为开发真正一体化、自主运行的可穿戴系统提供了新思路。
2、双功能材料设计：通过耦合反应将TiO2纳米颗粒锚定于纤维表面并结合氟硅烷修饰，TiO2不仅作为高折射率散射体增强了太阳光反射，其构筑的微粗糙结构还协同提升了摩擦电输出性能，同时氟硅烷化赋予了优异的超疏水特性。
3、先进电极架构：设计了液态金属-银合金电极，通过合金化反应与机械活化策略，在保持织物高透气透湿性的前提下，实现了在300%大应变下循环500次后仍保持优异的导电稳定性（R/R₀ = 1.36），并确保了与人体组织的良好机械兼容性。
4、卓越的综合性能：该织物实现了328 mW·m⁻2的瞬时功率密度，并在超过5000次循环中保持稳定输出，可有效驱动微电子器件。同时，其太阳光反射率达92%，中红外发射率达96%，实现了低于环境温度2.0°C的日间辐射冷却，净冷却功率高达78.5 W·m⁻2。
5、广泛的应用验证：系统验证了该织物作为自供电能量采集器为电子设备供电，以及作为运动传感器实时监测人体活动（如关节弯曲、挥拍动作等）的实用性，展现了其在个人电子、运动监测及户外热舒适系统中的广阔应用前景。
【本文要点】
图1. RCTT的结构设计与应用示意图
研究者通过静电纺丝结合表面改性技术，制备了以SEBS/F127为基底的辐射冷却摩擦电纺织品（RCTT）。该织物通过TiO2纳米颗粒锚定、氟硅烷处理和液态金属合金电极的构建，实现了能量收集、运动传感与个人热管理的协同功能。其潜在应用涵盖自供电运动监测、户外热舒适调节及智能可穿戴系统。
图2. RCTT的制备工艺与形貌表征。（a）RCTT的制备流程示意图；（b）TiO₂纳米颗粒的耦合反应机理；（c）纤维表面TiO₂纳米颗粒锚定的SEM图像；（d）F-TiO₂-SF的XRD图谱；（e）液态金属-银合金化机理及机械活化过程；（f）合金化后纤维的SEM图像；（g）AgIn₂合金的XRD图谱；（h）RCTT的截面形貌及元素分布。
图3. RCTT的物理性能表征
RCTT展现出优异的超疏水性（水接触角>158°），即使在大应变（500%）和多次摩擦（250次）条件下仍能保持稳定。其水蒸气透过率（1990 g·m⁻²·24h⁻¹）和空气透过率（210 mm·s⁻¹）均媲美，甚至优于商用棉织物。同时，RCTT具有高达1115%的断裂伸长率，且模量（150 kPa）与人体角质层相近，确保了与皮肤的良好机械兼容性。
图4. RCTT的摩擦电性能与自供电传感应用
在单电极模式下，RCTT展现了优异的摩擦电输出性能，在5 Hz频率下可实现74.5 V的开路电压和5.08 μA的短路电流，最大功率密度达328 mW·m⁻2，并能在5100次循环中保持稳定。作为自供电传感器，RCTT可精确监测人体多种运动，包括不同速度的行走、跑步、跳跃，以及肘部不同角度的弯曲和羽毛球挥拍动作，为运动分析和康复训练提供了实时反馈。
图5. RCTT的辐射冷却机制与性能
RCTT的高太阳光反射率（92%）主要得益于高折射率TiO₂纳米颗粒的强米氏散射以及纤维的多孔结构；而其高中红外发射率（96%）则源于氟硅烷分子链（如Si-O-Si， C-F）的振动和TiO₂的声子-极化子共振。户外实测表明，在晴朗白天，RCTT表面温度可比环境温度低2.0°C，净冷却功率达78.5 W·m⁻²，表现出显著优于棉和丝绸的被动降温能力。
图6. RCTT的实际热管理性能验证
在模拟皮肤装置和真实人体户外测试中，RCTT均表现出优异的热管理能力。在阳光照射下，覆盖RCTT的模拟皮肤温度比覆盖棉织物低5.5°C。志愿者穿戴测试的红外热成像显示，在阳光下暴露10分钟后，RCTT覆盖区域的皮肤温度（31.0°C）显著低于棉织物覆盖区域（34.4°C），证实了其在真实场景中提升穿着热舒适性的有效性。
【小结】
本工作成功开发了一种集成了自供电传感与被动辐射冷却功能的辐射冷却摩擦电纺织品（RCTT）。通过光子工程设计与材料创新，TiO2纳米颗粒和氟硅烷改性层协同实现了高太阳光反射率与高中红外发射率，赋予了织物优异的日间辐射冷却能力。同时，基于液态金属合金化的稳定电极与优化的摩擦电材料，使RCTT具备了高效的机械能收集与自供电传感能力。该织物还兼具超疏水、高透气透湿、超拉伸等优异特性，极大地提升了户外穿戴的舒适性和耐用性。这项研究为开发兼具能量自给与热舒适功能的新一代智能纺织品提供了重要的设计思路和技术路径。
原文链接：
https://link.springer.com/article/10.1007/s42765-026-00710-5
