文献前沿丨Adv. Fiber Mater.：面向自供能传感与热调控的光子工程化辐射冷却电子纺织品

现有电子织物虽然柔性、可穿戴，但一旦为了实现多功能而叠加多层结构，往往会牺牲透气性、舒适性和界面稳定性；同时，器件长期工作还面临两大瓶颈，一是持续供电困难，二是户外穿戴时人体热量积聚、热舒适性差。已有摩擦电纺织品能把人体运动转成电能，但热管理不足；已有辐射冷却方案又常因薄膜粘附或纱线孔隙过大而影响耐久性、透气性与调控能力。因此，作者希望把“自供能传感”和“被动降温”整合到同一块织物里，并且尽量不破坏可穿戴体验。为此，研究构建了一种辐射冷却摩擦电织物（radiative cooling triboelectric textile, RCTT），通过静电纺丝制备SEBS/F127纤维层，再引入TiO2耦合、氟硅烷改性和液态金属/银电极，使其同时具备能量采集、动作传感与热调控能力。相关成果以Photonic‑engineered radiative cooling e‑textiles for self‑powered sensing and thermoregulation为题发表在Advanced Fiber Materials上。

文章首先指出电子纺织品在多功能集成过程中容易出现舒适性下降、透气透湿性受损、界面稳定性不足，以及持续供电和户外热舒适性难以兼顾等问题，在此基础上提出将自供能传感与被动辐射冷却集成到同一织物中的思路，并展示了应用场景、贴肤佩戴方式、TiO2在纤维表面的锚定方式以及材料的反射率和发射率（图1）；随后介绍了RCTT的制备过程，包括SEBS/F127纤维层的构建、TiO2耦合与氟硅烷改性、银纳米颗粒沉积和液态金属合金化电极的形成，并通过形貌、物相和元素分布结果说明层级结构已形成（图2）；接着测试了材料的疏水、自清洁、透气透湿、导电稳定性和力学性能，说明该织物在大变形条件下仍能保持可穿戴所需的基本性能（图3）；之后评估了摩擦电输出与应用表现，包括不同应变和频率下的输出、负载功率、电容充电以及步行、跑步、跳跃、肘关节弯曲和羽毛球挥拍等动作监测（图4）；最后分析了辐射冷却机理，测试了其太阳反射、中红外发射、晴天和阴天条件下的室外冷却表现，并进一步通过模拟皮肤和人体穿戴实验验证了实际降温效果（图5、图6）。

图1 (a)所设计的舒适穿戴型RCTT的潜在应用示意图。(b) RCTT佩戴在人手腕上的照片。(c) TiO2纳米颗粒通过醇解反应锚定在SEBS/F127纤维表面的示意图。(d) RCTT的反射率和发射率。

图2 (a) RCTT的制备过程。(b)分子键合策略与耦合反应机制示意图。(c)锚定在纤维表面的TiO2纳米颗粒的SEM图像。(d) F–TiO2–SF的XRD图谱。(e) LM–Ag–SF的合金化机制与机械激活过程。(f) LM–Ag–SF的光学显微图像。(g)电极的XRD图谱。(h)截面SEM图像及对应的元素分布图。

图3（a）F–TiO2–SF对不同液体表现出的疏水性照片；（b）对应的接触角；（c）F–TiO2–SF在大拉伸和弯曲状态下的疏水性；（d）F–TiO2–SF的自清洁测试；（e）随磨损循环增加，F–TiO2–SF的水接触角和TiO2含量百分比变化；（f）透气性展示照片；（g）透气性和透湿性数值；（h）不同电极在应变作用下的电学性能；（i）不同应变下电极对LED亮度的影响；（j）不同纺织物的拉伸应力–应变曲线；（k）RCTT的循环拉伸–释放曲线。

图4（a）应变依赖的输出电压；（b）频率依赖的输出电压；（c）负载特性曲线；（d）33 μF电容的连续充放电曲线（插图显示该电容为电子手表供电）；（e）行走、跑步和跳跃的运动监测信号；（f）肘关节在45°、90°和120°弯曲时的监测曲线；（g）单次羽毛球挥拍的监测曲线；（h）不同速度下羽毛球挥拍的监测曲线。

图5（a）基于化学键的辐射冷却机理示意图；（b）TiO2纳米颗粒的形貌；（c）TiO2纳米颗粒散射效率随粒径变化的关系；（d）不同纺织物的太阳光反射率曲线和中红外发射率曲线；（e）阳光下冷却性能测试装置的照片与示意图；（f）晴天条件下的冷却性能曲线；（g）对应的净冷却功率；（h）阴天条件下的冷却性能曲线；（i）对应的净冷却功率。

图6（a）太阳辐照测试装置照片（该装置由带嵌入式加热器的模拟皮肤、用于温度监测的热电偶以及覆盖在模拟皮肤上的RCTT组成）；（b）阳光下覆盖在模拟皮肤上的织物样品温度曲线；（c）RCTT辐射冷却机理示意图：通过反射阳光并传递人体热辐射实现降温；（d）志愿者在阳光下分别穿戴RCTT和棉织物时的热成像图。

小结：该研究设计了由F–TiO2–SF功能层和LM–Ag–SF导电层组成的分层多孔结构，通过TiO2提升太阳反射与表面粗糙度、通过氟硅烷增强红外发射与疏水性、通过液态金属—银合金电极保证大变形下导电稳定；随后系统表征了其润湿性、透湿透气性、力学性能、摩擦电输出和辐射冷却性能。结果显示：材料太阳反射率达92%，8–13 μm大气窗口内红外发射率达96%；最大瞬时功率密度为328 mW·m-2，循环5100次后输出仍稳定；在晴天和阴天分别可实现低于环境温度2.0 ℃和1.1 ℃的降温，白天净冷却功率为78.5 W·m-2；模拟皮肤测试中较棉布额外降温5.5 ℃，人体实测10 min后皮肤温度较棉布低3.4 ℃。

论文信息:Fan, Chonghui; Long, Zhiwen; Wu, Mengwei; Li, Lianhui*; Wei, Qufu*; Wu, Changsheng*. Photonic-engineered radiative cooling e-textiles for self-powered sensing and thermoregulation. Advanced Fiber Materials. 2026:1-13.

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