近年來，全球極端天氣事件頻發，人體健康正面臨愈發嚴峻的挑戰。持續的高溫環境容易引發中暑、高熱驚厥及皮膚損傷等問題，而嚴寒環境則會激發人體代謝系統的應激反應。當前，建筑室內溫度調節主要依賴高能耗的空調系統，不僅造成能源緊張，也加重了環境負擔。與此同時，室外空間作為人類日?；顒优c工業作業的重要場所，受制于現有熱管理技術能耗高、效率低且便攜性差等問題，長期面臨溫度調控的技術瓶頸。在此背景下，具有雙向熱調節功能的被動式智能紡織品展現出良好的應用前景，有望為破解這一難題提供創新性的解決思路。
本研究開發出兼具高效光學性能與自清潔能力的雙功能Janus薄膜（簡稱TOC）材料。相關工作以“A Self-Cleaning Janus Textile for Highly Efficient Heating and Cooling Management”為題，發表在期刊《Nano letters》上。
圖1：具有優異光學特性和自清潔能力的雙模材料示意圖
TOC材料具有雙功能特性，其加熱面通過嵌入銅納米顆粒實現了95.5%的太陽光吸收率和89.1%的中紅外反射率；冷卻面則基于多孔P（VdF-HFP）HP材料，實現了96.4%的太陽光反射率和95.3%的中紅外發射率。
圖2.材料的制備流程及光學性能
為全面評估TOC材料的雙向熱調控能力，研究團隊分別在室內和室外環境下開展了系統性實驗。在室內實驗中，研究團隊在恒溫恒濕環境（22 ℃、50%濕度）下，利用太陽模擬器提供穩定的輻射源（500 W/m2，AM1.5G光譜）。如圖3c所示，TOC材料在制冷模式下的表面溫度比白色棉織物低10 ℃，比模擬皮膚低20 ℃；而在制熱模式下，其表面溫度較黑色棉織物提升18.4 ℃，較模擬皮膚提升20.4 ℃。在室外實驗中，研究團隊選取南京典型氣象條件，采用模擬人體熱特征的硅膠表皮進行連續5小時的戶外測試。晴好天氣條件下（圖3e），TOC材料在制冷模式下較白色棉基底降溫10.6 ℃，實現了4.5 ℃的亞環境冷卻效果；在制熱模式下，其表面溫度較黑色棉織物升溫16 ℃，相對環境溫度提升了41.1 ℃。即使在多云環境下（圖3h），TOC材料仍展現出優異的熱調控性能。
圖3. Janus薄膜室內和室外測試性能
為驗證TOC材料在戶外裝備中的實際應用價值，研究團隊設計并搭建了一頂帳篷模型，并對其進行了連續2小時的露天性能測試。在晴好天氣條件下（圖4d，f），當TOC材料的加熱面朝外時，帳篷內部溫度相較于黑色棉帳篷提升了12.2 ℃，實現了19.56 ℃的升溫效果；而將TOC材料的冷卻面朝外時，帳篷內部溫度相較于白色棉帳篷降低了7.91 ℃，實現了6.55 ℃的亞環境冷卻效果。即使在低輻照多云條件下（圖4e，f），TOC材料依然表現出顯著的優勢。
圖4.帳篷應用室外測試
面對雨水滲透、油污附著等復雜環境的挑戰，TOC材料表現出卓越的全方位防護性能。接觸角測試結果表明，其加熱面與冷卻面對水、牛奶、果汁等多種液體均展現出良好的疏水性，接觸角最高可達127.27°（圖5a）。在墨水防滲實驗中（圖5b，c），液滴在冷卻面和加熱面上均能保持穩定的疏水特性?？褂臀蹨y試結果顯示（圖5d），食用油在傾斜表面上能夠迅速滑落且無殘留。此外，污泥污染實驗（圖5e）進一步驗證了該材料的自清潔能力，僅需簡單沖洗即可恢復表面潔凈狀態。
圖5. Janus薄膜自清潔性能測試
這項研究通過材料結構設計與納米光子學優化，成功開發出一種具備自清潔功能的雙面Janus智能紡織品。該材料的加熱面實現了95.5%的太陽光吸收率和89.1%的中紅外反射率，而冷卻面則分別達到了96.4%的太陽光反射率和95.3%的中紅外發射率。經過30次洗滌測試，其性能未出現任何衰減。戶外實驗結果表明，在加熱模式下，該紡織品可使周圍溫度較環境溫度提升41.1℃；在冷卻模式下，可降低溫度4.5℃，相較于傳統棉紡織品，其溫控范圍擴大了26.6℃。此外，該材料集防水、防油、防污三重防護功能于一體，為戶外裝備的設計提供了創新性的解決方案。
來源：高分子科學前沿
公安備案號：11010502039965??? 
