文献前沿丨Adv. Fiber Mater.：基于双梯度褶皱微结构的彩色Janus超织物实现个人热湿管理

随着极端气候频发和个人热舒适需求的提升，单一辐射冷却纺织品难以满足不同环境下的全天候热调节需求。现有的双模纺织品虽可通过简单物理翻转实现加热与冷却切换，但仍面临颜色单一、湿管理不足、穿着舒适性有限等问题。为此，本文通过可规模化的溶液染色静电纺丝工艺，制备了一种具有非对称双梯度褶皱结构的彩色Janus超织物(colorful Janus metafabrics , CJMs)。该织物由黑色疏水CB/PU太阳加热层和彩色超亲水Al₂O₃/颜料/PU辐射冷却层组成。性能测试表明，织物冷却侧具有95%的中红外发射率和超过99%的近红外反射率，并且在黄色、红色等主要颜色样品中仍能保持超过82%的平均太阳反射率，黑色加热侧则具有约95%的太阳吸收率。户外测试进一步证明，该织物在冷却模式下可使模拟皮肤降温17.6 ℃，在加热模式下可实现13.3 ℃的升温效果。同时，疏水/超亲水润湿性梯度和不对称褶皱结构使其具有定向导湿能力，其单向传输指数达到1163%，干燥速率约为0.5 gh⁻¹。该研究将光谱热调控、汗液定向传输、穿着舒适性集成在一起，为开发兼具美观性与全天候的个人热湿管理纺织品提供了新思路。相关工作以Colorful janus metafabric enabled by dual-gradient wrinkle microstructures for personal thermal and moisture management为题发表在Advanced Fiber Materials|期刊。

本文通过可规模化的溶液染色静电纺丝工艺，制备了一种具有非对称双梯度褶皱结构的彩色Janus超织物。该织物在冷却侧朝外时，可实现辐射降温、美观性和汗液输送，在加热侧朝外时可实现光热转换(图1)。随后，文章通过SEM、水接触角和力学拉伸性能测试证明其具有双面褶皱形貌、润湿性差异、柔性和可穿着性(图2)。接着，本文对光谱测试结果进行分析，结果表明Al₂O₃颗粒、颜料、纳米纤维网络、非对称褶皱结构能够协同调控太阳反射、可见光吸收、近红外反射、中红外发射，使冷却侧兼具多彩外观和辐射冷却能力，黑色CB层则通过高太阳吸收实现光热转换(图3)。理论冷却功率、户外模拟皮肤测试和红外热成像结果表明，该织物可通过简单翻转实现冷却与加热切换，冷却模式下可降温17.6 ℃，加热模式下升温13.3 ℃(图4)。图5通过荧光追踪、水滴渗透、水分管理测试和干燥速率测试，揭示了润湿性梯度和非对称褶皱结构对汗液单向传输的驱动作用，证明该Janus织物不仅能实现双模热调节，还能实现定向排汗和快速干燥。本文为全天候个人热湿管理柔性织物提供了新的设计思路。

图1彩色Janus超织物用于辐射热管理和湿管理的设计理念。在炎热环境下，彩色冷却侧朝外，可实现被动日间辐射冷却、鲜艳着色以及定向汗液传输，从而促进汗液快速吸收、迁移和蒸发。在寒冷环境下，通过翻转织物使黑色加热侧朝外，可实现太阳能加热。

图2CJMs的制备过程和形貌表征。(a)具有双梯度结构的双模CJM制备示意图。(b)展示了CJMs的柔软性、轻质特征和颜色。(c)彩色辐射冷却侧的照片(左)和SEM图像(右)，显示其具有分级褶皱结构。插图为超亲水表面，水接触角约为0°。(d)太阳加热侧的照片(左)和SEM图像(右)，显示其类似皮革的褶皱形貌。插图为疏水表面，水接触角约为126°。(e)含原位着色有机和无机纳米颜料的冷却层SEM图像。(f)不同方向上的拉伸断裂性能。(g)在40%、80%、120%和160%应变下的拉伸加载和卸载应力–应变曲线。(h)在90%应变下进行100次循环的拉伸测试。(i)用CJM制成的服装，展示其柔韧性和可穿戴性。

图3 CJMs的光学性能。(a) Al₂O₃颗粒在0.3–2.5 μm波长范围内的散射效率。(b)总太阳反射率曲线。(c)可见光区域（400–800 nm）的反射光谱。(d) 0.3–2.5 μm波段的加权平均太阳反射率。(e)彩色辐射冷却材料中太阳反射率、可见光反射率和近红外反射率之间的三元性能映射关系。(f)不同颜色织物的CIE 1931色度坐标。(g)不同颜色织物的中红外发射率曲线。插图为彩色冷却侧微褶皱结构的SEM图像。(h)不同CJMs在8–13 μm波段的平均发射率。(i) CJMs加热侧的太阳吸收率和中红外发射率光谱。插图为加热侧微褶皱结构的SEM图像。

图4 CJMs的户外热管理性能评估。(a) CJMs的理论冷却功率。(b)不同颜色织物在太阳照射下的数码照片及对应的红外热图像。(c)由CJM织物制成的服装，展示其柔韧性和可穿戴性。(d)太阳光照下户外温度测试装置示意图。(e)在中国上海阳光下的CJMs冷却性能测试，记录实时太阳辐照强度和温度变化。(f)不同彩色织物的红外热性能。(g)在中国上海阳光下的CJMs加热性能测试，记录实时太阳辐照强度和温度变化。(h)由CJM织物和商业棉织物的制作的服装测试位置示意图。(i)在加热模式下，CJM服装内微环境温度变化。

图5 CJMs的单向水分传输性能。(a)抗重力定向汗液传输过程的荧光图像，其中汗液分别从底部向上排出，并接触疏水加热层和超亲水冷却层。(b)当水滴滴加在超亲水冷却层上时，Janus织物上下表面的润湿行为。(c) Janus双模织物定向汗液传输机制示意图。汗液分别从顶部(超亲水层)和底部(疏水层)接触织物。(d) Janus织物的汗液定向传输过程。当水滴滴加到彩色超亲水冷却侧时，彩色Janus超织物两侧的相对含水量变化。(e)蒸发速率。(f) Janus织物快速吸湿排汗性能的实际测试。

小结：本文采用可规模化的溶液染色静电纺丝策略，制备了多功能彩色Janus超织物(CJMs)，该织物能够协调动态热调节、湿管理和美观性之间的关系。该织物由疏水太阳加热层和彩色超亲水辐射冷却层组成，二者共同构成非对称双梯度褶皱结构。其中，冷却侧由大量超亲水纳米纤维网络形成彩色褶皱结构，可实现约95%的中红外发射率和超过99%的近红外反射率，并且在黄色、红色等主要颜色样品中仍能保持超过82%的平均太阳反射率。当织物翻转后，黑色疏水层暴露在外，可提供超过95%的太阳吸收率，从而实现高效光热转换。在阳光照射下，CJMs可实现双向热调节，冷却模式下相对于模拟皮肤最高降温17.6 ℃，加热模式下可升温13.3 ℃。此外，Janus润湿性梯度能够促进定向水分传输，其单向传输指数达到1163%，干燥速率为0.5 g h⁻¹。这一过程主要依赖Laplace压力差和较低的反向毛细阻力，有助于维持皮肤侧干爽。重要的是，CJMs保持了纺织品基本的可穿戴性，如柔软性和透气性，并可通过一步法工艺实现规模化制备。该研究表明，双梯度Janus结构可作为下一代可穿戴材料的重要设计策略，并在能源效率、生理舒适性和美学设计之间实现有效结合。

论文信息：Cheng, N., Li, J., Meng, N. et al. Colorful Janus Metafabric Enabled by Dual-Gradient Wrinkle Microstructures for Personal Thermal and Moisture Management. Adv. Fiber Mater. (2026). https://doi.org/10.1007/s42765-026-00713-2

都看到这里了，关注一下吧^_^

声明：本文部分素材源自网络，版权归原作者所有。分享旨在促进信息传递与学术交流，不代表本公众号立场，如有不当，请联系我们处理。欢迎从事【太阳能综合利用/辐射制冷/微纳尺度传热】等相关领域学者分享您最新的研究工作，我们将竭诚为您免费推送，投稿邮箱：wangcunhai@ustb.edu.cn