文献前沿丨Adv. Funct. Mater.：多功能Janus织物 - 实现透气、抗菌与舒适的个人热湿管理

近年来，被动辐射冷却纺织品因其零能耗、高效率的散热特性，在个人热管理领域引起广泛关注。然而，目前大多数辐射冷却织物设计主要聚焦于提升光学性能，往往忽视了在实际穿着环境中人体排汗与织物透气性、抗菌性之间的协同关系。因此，开发一种集高效辐射冷却、有效汗液管理、长效抑制细菌于一体的多功能织物，仍是一项极具挑战性的任务。为了解决上述难题，本文通过Stöber 法、浸涂法和喷涂工艺合成了一种具有吸湿排汗和冷却功能的抗菌超织物。该织物采用Stöber 法在棉纤维表面原位合成二氧化硅（SiO₂）与二氧化钛（TiO₂）纳米粒子，随后通过浸涂法和喷涂工艺构建不对称润湿性结构，实现了对太阳辐射、人体热辐射与汗液的协同管理与智能调控。实验表明，该织物展现出优异的光学性能，其太阳反射率和红外发射率分别高达91.2%和 96.6%。同时，它还具有优异的定向导湿能力及以强大的抗菌效果，对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的抑菌率分别达到99.6%和99.5%。经120次磨损循环后，质量损失小于2.3%，太阳光反射率变化约15%，红外发射率仅从96.6%降至95.5%，显示出优异的耐久性。本研究成功开发了一种兼具辐射冷却、汗液管理、抗菌防护与耐用性的多功能Janus织物，为下一代自适应智能纺织品的开发提供了新范式与解决方案。相关工作以Tailored Versatile Janus Fabrics as Breathable, Antibacterial,and Comfortable for Personal Thermal-Moisture Management发表在Advanced Functional Materials期刊。

为了开发一种集高效辐射冷却、有效汗液管理、长效抑制细菌于一体的的多功能织物，本文通过Stöber 法、浸涂法和喷涂工艺合成了一种具有吸湿排汗和冷却功能的抗菌超织物(图1)。该织物采用Stöber 法在棉纤维表面原位合成二氧化硅（SiO₂）与二氧化钛（TiO₂）纳米粒子构建光学功能层，实现91.2%的高太阳光反射率与96.6%高中红外发射率(图2)。并且通过浸涂烷基糖苷与喷涂疏水剂构建不对称润湿性结构，形成内疏水、外亲水的定向水传输路径(图 3)。水接触角测试表明，亲水侧水滴在0.5秒内完全铺展，而疏水侧水接触角在7秒内由150°降至0°，证实其具备优异的单向导湿能力。户外测试表明，在约800瓦/平方米的太阳辐照下，该织物平均比环境温度低约8°C，最大温差达12.6°C，相比棉织物降温超过4°C(图4)。该织物还具备优异的抗菌性与耐久性(图5)。织物对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抗菌效率分别达到99.5%和99.6%，经120次磨损循环后，质量损失小于2.3%，太阳光反射率变化约15%，红外发射率仅从96.6%降至95.5%，显示出优异的耐久性。该织物实现了在复杂环境下的自适应热湿管理，为下一代可穿戴热湿管理系统的开发提供了新的解决方案。

图1.(a)用于个人体温调节的Janus结构抗菌纺织品设计示意图。该设计结合了：(i)太阳光反射（0.3–2.5 μm光谱），(ii)选择性中红外调控(8–13 μm大气窗口)，以及(iii)定向导湿性能。(b)超织物的制备过程示意图。(c)超织物和纯棉织物的红外热成像图。(d)超织物的实拍图。

图2. (a)超织物与纯棉织物的反射率和发射率对比。(b)纤维素、SiO₂和TiO₂的化学键振动的红外发射的示意图。(c,d)超织物在白天和夜间的冷却功率。(e)超织物和纯棉织物的傅里叶变换红外光谱。(f)超织物、纯棉织物、SiO₂和TiO₂的X射线衍射谱。(g,h)超织物的扫描电子显微镜(SEM)图像。(i)超织物的能谱分析谱图及O、Si、C、N、Ti元素的对应分布图。

图3.(a)超织物基于不对称润湿性的定向水传输机制示意图。(b)定向水传输的俯视图观察结果。(c)定向水传输机制的示意图。(d,e)分别为(d)亲水层和(e)疏水层上的动态水接触角变化。(f)水接触角变化的定量比较。(g)超织物与纯棉织物的水分蒸发速率对比。(h)吸湿排汗与蒸发能力的实际演示结果。(i)透气性能评估。

图4. (a)超织物辐射冷却机制的示意图。(b,c)冷却性能评估的实验装置：(b)带有热电偶温度监测的实验装置示意图，(c)实验环境实拍图（实验地点：浙江杭州，北纬30°18′10″，东经120°4′54″）。(d–f)不同环境条件下冷却性能的温度和温差曲线：(d)晴天，(e)阴天，(f)夜间，插图为相应天气条件的实拍图。

图5. (a,b)超织物与纯棉织物的抗菌示意图和抗菌效率。(c,d)对应的高倍放大图像：(c)与大肠杆菌共同培养24小时后，纯棉织物和超织物表面的细菌菌落形态，(d)与金黄色葡萄球菌共同培养24小时后，纯棉织物和超织物表面的细菌菌落形态。(e,f)不同循环次数后，织物的质量变化及太阳光谱平均反射率变化。(g)超织物与纯棉织物的力学性能。

小结：综上所述，该研究通过原位合成与浸涂和喷涂工艺，成功将烷基聚糖苷和SiO2/TiO2纳米颗粒功能化于Janus 超材料织物上，实现了辐射冷却与吸湿排汗的协同作用。该多功能设计结合了热辐射调节、增强的汗液蒸发与卓越的穿着舒适度，为全天候个人冷却提供了解决方案。通过结合纯棉织物固有的透气性、透湿性和抗菌性，该超织物能有效缓解高温出汗时的热湿不适感。与纯棉织物相比，该织物具有选择性光谱响应特性，在以91.2%的反射率反射太阳光谱的同时保持96.6%高中红外发射率，并且通过不对称润湿性实现单向快速的排汗性能。此外，该织物具有优异的柔软度与的透气性以及出色的抗菌性能，使得在穿着过程中保持卫生和舒适。这种创新设计不仅为解决个人湿热管理提供新的思路，也为下一代功能棉纺织品的开发提供了一种新范式。

论文信息：. Chen, Yang, et al. “Tailored Versatile Janus Fabrics as Breathable, Antibacterial, and Comfortable for Personal Thermal‐Moisture Management.” Advanced Functional Materials, 2025, https://doi.org/10.1002/adfm.202523292.

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