第一作者：闫震
通讯作者：范德松，李强
通讯单位：南京理工大学
DOI：https://doi.org/10.1002/adfm.202412261
研究背景
人体通常将体温维持在一个较窄的阈值范围内(≈37℃±1℃)，以维持正常的生理代谢和器官功能。一旦体温超出这一阈值范围，人体极易诱发热应激相关疾病，对生理产生损伤，甚至危及生命安全。尽管人体可以通过肌肉收缩、血管舒张和排汗来调节体温，但在炎热气候下，这些机制通常不足以使人体实现生理热舒适。为了维持热舒适，暖通空调系统被广泛用于室内热湿环境的调节。而对于室外人群，暖通空调系统较高的能耗和较差的便携性难以满足要求。相比之下，个人热管理(PTM)技术，尤其是基于可穿戴织物的个人热管理技术显得尤为重要。通过可穿戴织物结构的重新再设计，可为户外人群（比如：户外单兵、外卖配送员等）营造凉爽舒适的微气候，进而降低人体的过热危害。因此，开发高效的人体热管理织物具有重要意义。
研究内容
白鳃金龟是一种生活在赤道地区的甲虫，得益于体表白色鳞片的高效辐射热调控性能，可以常年在高温炎热的气候环境中正常觅食和生存。研究发现，白色鳞片内部为几丁质纤维的无序堆叠结构，对太阳光有强烈的后散射作用，进而降低其体表的太阳热效应，避免体表过热；同时几丁质纤维可将甲虫体表的热量以辐射的形式排散到周围的冷环境中以实现体表的冷却。研究团队从白鳃金龟甲虫的辐射热调控机制中获得灵感，并通过静电纺丝的工艺构建了具有无序纤维堆叠结构的超织物。同时，借助植物的蒸腾效应在超织物的纤维结构中构筑了相应孔隙和润湿性的双梯度Janus通道，以实现优异的汗液反重力定向输运和蒸发。此外，将介孔纳米粒子杂化到纤维中，通过其内部丰富的孔隙在温和湿润的环境中捕集大气的水分；在炎热的气候下，解吸捕集的水分，为人体提供额外的蒸发冷量。
研究结论
基于仿生结构的再设计，该超织物可实现99.4%的太阳（0.25-25 μm）反射率和0.94的中红外 （8-13 μm）发射率。在强烈的太阳辐照下，相较于裸露皮肤和普通商业棉织物，超织物可分别防止17.8℃和11℃的过热。通过大气吸湿和解吸，嵌入的介孔纳米粒子可以在干燥炎热的白天提供2.5℃的额外皮肤温降以抵抗热冲击，在潮湿寒冷的夜晚提供近2℃皮肤表面温升以防止过冷。在人体出汗时，双梯度Janus结构可迅速地将皮肤表面的汗液提取并蒸发到周围环境中，避免皮肤表面的湿黏感，提高穿着舒适性。此外，超织物还具有大面积可扩展制备能力，良好的透气性，透湿性，柔韧性，耐洗涤性，耐紫外辐照性及颜色拓展性。因此，该仿生超织物对推动先进个人冷却织物的发展具有重要意义。
图1 仿生超织物的结构设计与制备
图2 仿生超织物的光学性能
图3 仿生超织物的反重力定向汗液输运性能
图4 仿生超织物的吸湿解吸性能
图5 仿生超织物的户外人体冷却性能
图6 仿生超织物的其他性能
