在全球气候变暖的背景下，个人热舒适管理技术对于降低建筑能耗和改善人体健康具有积极意义。然而，传统被动辐射制冷（PRC）织物在炎热潮湿环境中，难以同时实现高效制冷与汗液蒸发，且在夜间环境温度下降时容易引发“过冷”不适。目前，开发具备多模态制冷与全天候自适应调温功能的智能纺织品，仍面临技术挑战。
近日，武汉纺织大学王金凤教授&中科院化学所张金明研究员团队合作研究在期刊《Advanced Fiber Materials》上，发表了最新研究成果“Dynamically Self-adaptive Metafabrics with Phase-Change Material-Enhanced Radiative Cooling for Thermo-hygrometric Regulation”。本工作中，研究团队通过大规模静电纺丝与低压热压技术，构建了多层结构的PCMPRC超织物。底层为亲肤的再生丝素蛋白（SF）纳米织物，可提供良好的水分传输与穿着舒适度；中间层为SF@PEG-SiO2核壳结构纳米织物，SF作为包覆聚乙二醇（PEG）的壳层提供热缓冲调节，SiO2纳米颗粒与SF@PEG纳米纤维共价键合可以增强辐射制冷性能；上层为经等离子体处理的超亲水聚甲基丙烯酸甲酯纳米纤维，用于高效散射太阳光并构建层间润湿梯度。
图1 PCMPRC超织物的结构设计及工作机制
本工作筛选了最优的纤维和颗粒直径，以实现太阳光谱内的高效散射。织物导热系数为（0.037 W/m·K），远低于商业棉和丝织物，有效阻隔了外部环境的热传导。由于SF结构中含有吸收紫外线的共轭双键，降低了总反射率。为解决这一问题，团队通过在纤维表面化学键合SiO2纳米颗粒进行改性，成功将织物的平均太阳光谱反射率从89%提升至94.1%，为实现日间亚环境辐射制冷奠定了基础。
图2 纳米织物的结构、热导率及光学性能
通过席夫碱反应将SiO2纳米颗粒共价键合到SF纳米纤维表面，经过处理的织物在历经多次扭曲、标准水洗循环后，SiO2颗粒依然牢固附着无脱落，保持了优异的光学反射率与结构完整性。
图3 SF纳米织物的亚环境辐射制冷设计、制备与表征
在多层协同光学作用下，PCMPRC超织物在0.3-2.5 μm太阳光谱范围内的反射率高达97%，而在8-13 μm大气透明窗口的红外发射率达94%。真实的户外连续监测表明，在正午强烈的太阳辐照（72.5 mW cm-2）下，该超织物实现了高达14.4 °C的亚环境降温，其日间平均降温效果（12.7 °C）显著优于商业丝绸与普通SF纳米织物。
图4 亚环境冷却性能
目前的PRC材料主要关注于辐射制冷性能的提升，却忽视了环境温度波动和夜间过冷等挑战。本工作的SF核壳结构设计成功将熔态PEG限制在纤维内部，解决了相变材料的泄露难题，同时确保了热循环过程中的可靠性。在60 °C的热板测试中，相变吸热使得超织物的升温过程大幅延缓，维持了舒适的温度平台期；而在7 °C冷板下，PEG释放大量潜热，使织物表面温度下降平缓，有效防止了快速失温。
图5 自适应热管理性能
在湿热且大量出汗的环境中，PCMPRC超织物构建了由内向外的“亲水-超亲水”层间润湿性梯度。它能像一台微型“水泵”，通过毛细管力将皮肤表面的汗液迅速单向抽吸至外部并快速蒸发，其水蒸气透过率高达0.35 g cm-2 day-1。在模拟汗液蒸发的测试中，该超织物覆盖下的模拟皮肤表面温度比商业丝绸覆盖时进一步降低了6.1 °C，展现了辐射冷却与蒸发冷却的协同。
图6 蒸发冷却与定向传输特性
最后通过理论模型量化了该智能织物的节能潜力。计算得出，该织物在白昼与夜间均能保持极高的净制冷功率。若将该技术广泛推广至全国规模，假设每人每天穿着该服装10小时，单日理论最高累计节约电能可达1,541,825.7 MWh，展现了极其广阔的绿色节能前景。（在实际应用中的真实节能效果还需进一步综合考虑季节变化、地区差异和实际使用条件等因素）
图7 节能潜力
本研究创新性开发的PCMPRC超材料织物，将宽谱光学辐射制冷、相变调温储能与层级定向排汗蒸发统一融合。在提供人体热湿舒适感的同时，兼具了透气、亲肤及机械耐久性能。为未来适应复杂气候的智能个人防护装备和可持续节能产品提供了设计思路。
论文链接：https://doi.org/10.1007/s42765-026-00702-5
人物简介：
王金凤，武汉纺织大学教授，先进纺纱织造及清洁生产国家地方联合工程实验主任，主要围绕废旧纺织品循环利用和纺织品服用性能开展研究工作，先后在Nat. Commun.、JACS、Environ. Sci. Technol.等本领域权威学术期刊发表论文140余篇，入选2024年及2025全球前2%顶尖科学家。
张金明，中国科学院化学研究所研究员。主要从事天然高分子、功能材料和绿色过程研究。在Nat. Commun.、Environ. Sci. Technol.、CCS Chem.、等国际期刊上发表SCI论文150余篇；授权中国发明专利42项；承担国家自然科学基金4项。2013年获北京市科学技术奖一等奖；2022年获得中国科学院青年创新促进会优秀会员称号；2023年获得中国化学会纤维素专业委员会青年学者奖。
