南京大学朱斌、朱嘉联合武汉纺织大学张骞Nature Communications|红外高透尼龙织物助力人体热舒适管理

第一作者：陈子鹏，张骞，丁利苹

通讯作者：朱斌，朱嘉，张骞

通讯单位：南京大学， 武汉纺织大学

文章链接：https://www.nature.com/articles/s41467-025-57366-9

导读

近日，南京大学朱斌、朱嘉联合武汉纺织大学张骞课题组提出了一种基于尼龙6材料(PA6)的红外透射型织物用于实现人体的高效散热，相关工作以“An infrared-transparent textile with high drawing processed Nylon 6 nanofibers”为题发表在《Nature Communications》期刊。该工作中，研究团队利用一种高度牵伸并伴随溶剂快速挥发的工艺，实现了对PA6分子链构型以及晶型的调控，同时该工艺将纤维尺寸控制在纳米尺度，最大程度降低了材料的红外吸收率与反射率，最终获得具有高透射率的PA6织物。该透射型织物相较于传统具有高发射率的织物，能够实现人体辐射通量与环境之间的直接传递，在实际测试中获得了比棉低2.1℃的降温优势，能够有效提高夏季空调的设定温度，助力全球节能。

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研究背景

辐射是人体与外界最主要的热交换形式之一，而人体的辐射通量集中在红外波段（7-14μm）。因此，作为人体与环境之间最主要的屏障，织物对整个红外辐射过程起到了至关重要的作用。相较于传统的具有高红外发射率的织物，红外透射型织物能够无阻碍地实现人体与环境之间的辐射过程，更有利于实现人体的散热以满足对热舒适的需求。然而，考虑到织物材料的结构中存在本征的分子键振动吸收，且大多集中在红外区域，从而导致红外透射型织物被限制在极少数具有简单分子链结构的材料中。对此，如何打破材料的限制，实现透射型织物材料的多元化并推动其走向实际应用，是非常迫切且充满挑战的。

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核心内容解读

1. 红外透射型PA6织物(IRT-PA6)的设计与制备

要点快读：

尼龙6(PA6)材料由于其优越的可加工性、强度和稳定性，是最常见的纺织原材料之一。此外，PA6的分子链结构相较于其他传统织物(棉、聚酯纤维、纤维素…)更加简单，且主要的酰胺基团位于人体辐射通量最集中的7-14μm波长以外，因此是实现红外透射型织物的良好选材(Fig. 1b)。然而，商业中各类型的PA6基材料均呈现红外高发射性质(Fig. 1c)。通过分析，PA6主要含有两种不同晶相，导致其分子链的排列，碳链的构型以及分子间相互作用力呈现差异(Fig. 1d,e)。其中，α相作为最常见最稳定的一种，其分子链呈直链构象完全展开，并以反平行的方式排列，形成强烈的分子间作用力(氢键)。而另一种γ相作为亚稳相，分子链呈平行排列，分子间作用力较弱。这种差异也直接导致了分子链中分子键振动强度的差异(Fig. 1f, g)。因此，本文利用高度牵伸的工艺，诱导分子链重新排列，形成了具有更低振动强度模式的γ相，同时溶剂的快速挥发过程，阻碍了其进一步转变为α相，使得PA6最终以γ相的形式稳定存在(Fig. 1h)。利用该工艺，本文最终实现了光学性质不同于滴膜直接成型的红外透射型PA6材料(Fig. 1i)。

图1 红外高透PA6织物的设计与制备

2.红外透射型PA6织物(IRT-PA6)的结构与表征

要点快读：

高度牵伸工艺（静电纺丝）诱导了分子链的重排，本文首先通过显微偏振红外和二维广角X射线衍射应证了高度牵伸过程中对PA6分子链的取向过程(Fig. 2a-f)，期间选取低牵伸工艺的离心纺丝技术和直接通过挥发成型的滴膜工艺作为对照。三种工艺中，仅高度牵伸以及伴随快速溶剂挥发过程支持γ相的形成，在XRD图谱中对应2θ=21.5°的衍射峰(Fig. 2g); 拉曼图谱则更进一步反映了分子链中碳链构型的差异，由静电纺丝得到的PA6材料，其曲线中出现了γ相特有的反式-旋转构型峰(1080 cm-1)，区别于离心纺丝和滴膜得到的α相中的全反式构型(Fig. 2h)。因此，该工艺实现了对PA6碳链构型、晶型的调控，获得了具有更低振动强度模式的γ相PA6，极大削弱了材料的红外振动吸收过程。

除吸收过程，红外反射也是另一个影响材料透射率的因素。对此。本文进一步优化了整个工艺参数，使纤维直径远小于红外光波长，最大程度削弱了纤维对红外光的散射过程，进一步增加了透射倾向(Fig. 2i-j)。

图2 红外高透PA6织物的结构与表征

3.红外透射型PA6织物(IRT-PA6)的降温性能

要点快读：

相较于发射型织物对人体热辐射吸收再发射的二次过程，红外透射型织物能够直接实现人体辐射通量到环境的传递，因此能够为人体提供更好的凉感。在室内的模拟测试中，被IRT-PA6织物覆盖的模拟皮肤展现出与其他高透射型材料相当的局域温度，并远低于商业的高发射型织物(Fig. 3b)。 在更加标准化的暖体假人实验中，IRT-PA6织物能够维持比传统棉织物低2.6℃的局域温度(Fig. 3d)。归因于IRT-PA6织物更优异的散热能力，相比发射型织物，则需要更高的热输入功率以维持相同的局域温度(Fig. 3e)

图3 红外高透PA6织物的降温性能

4.红外透射型PA6织物(IRT-PA6)的应用与节能分析

要点快读：

在实际应用中，IRT-PA6材料可被用于加工背心等织物。在室内条件下，穿戴该类型织物相较于棉织物能实现2.1℃的降温效果，通过红外相机视角能够直接观测到人体皮肤向外的辐射通量(Fig. 4a, b)。在不影响透射率的前提下，该织物也能够获得与商业棉相当的强度、透气、透湿等穿戴性能(Fig. 4c, d)。值得注意的是，由于其优异的散热性能，因此能够有效降低夏季人们对空调的依赖，显著提高空调的设定温度。以中国几个典型的夏季炎热城市为例，在户外平均温度为30℃左右的条件下，以IRT-PA6织物代替棉质织物，可普遍实现接近20%的空调能耗(Fig. 4e)。

图4 红外高透PA6织物的应用与节能分析

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结论与展望

本文利用一种高度牵伸并伴随快速溶剂挥发的工艺，通过对分子链构型、晶型以及对纤维尺寸的调控，分别从红外吸收和红外反射两方面进行了最大程度的削弱，从而获得了具有高透射率的PA6基织物。该工作为红外调控过程提供了一种新的思路，同时推动了透射型织物在个人热管理中的发展与应用。

重要参考文献

[1] Hsu, P.-C. et al. Radiative human body cooling by nanoporous polyethylene textile. Science 353, 1019–1023 (2016).

[2] Tong, J. K. et al. Infrared-transparent visible-opaque fabrics for wearable personal thermal management. ACS Photonics 2, 769–778 (2015).

文章信息

Chen, Z., Zhang, Q., Ding, L. et al. An infrared-transparent textile with high drawing processed Nylon 6 nanofibers. Nat Commun 16, 2009 (2025).

DOI:https://doi.org/10.1038/s41467-025-57366-9

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