随着全球气候变暖，极端高温天气愈发频繁，传统制冷设备在调节温度时消耗大量能源并加剧温室效应。在此背景下，个人热管理（PTM）技术因节能优势受到广泛关注，其中被动辐射冷却（PRC）技术可通过辐射释放人体热量，在 PTM 领域极具应用潜力。然而，目前多数辐射冷却材料仅关注户外冷却，忽视室内冷却对舒适度的影响，且未充分考虑材料结构对中红外波段辐射释放的作用。来自东北林业大学的韩广萍、程万里、宦思琪、王栋等人制备了一种具有选择性发射特性的全尺寸结构织物，旨在同时实现室内与室外的被动辐射冷却。该研究通过采用静电纺丝技术制备 PVDF-PVP 织物，利用该技术构建具有纳米级半贯穿孔隙、微米级纤维以及微米级纤维间空隙的全尺度结构，结合 PVDF 的选择性发射特性，优化织物在太阳光波段和中红外波段的光学性能，提升其辐射冷却效果，为个人热管理提供创新且有效的解决方案，推动该领域的进一步发展 。该研究成果发布在《Nano-Micro Letters》期刊。

1. 冷却织物设计与性能

本研究成功开发了一种基于PVDF-PVP的冷却织物（FP-12-6），其设计亮点在于全尺度结构与选择性发射特性的结合（图1、2）。全尺度结构通过纳米级半互穿孔和微米级纤维的协同作用，在阳光波段实现94%的高反射率，而在中红外波段反射率仅为6%，有效减少热吸收。选择性发射特性使织物在大气窗口波段具备81%的辐射发射能力，并在中红外波段维持25%的辐射传输能力，从而在室内外环境中均能实现高效冷却。实验数据表明，这种设计不仅提升了冷却效率，还拓宽了冷却织物的应用场景。

2. 理论冷却功率分析

理论计算结果有力地支持了FP-12-6冷却织物的性能优势。具体而言，该织物在室外环境中的净冷却功率高达60 W m⁻²，室内环境中则为26 W m⁻²。这些数据基于详细的辐射冷却模型计算得出，充分考虑了织物在不同波段的辐射特性。与传统冷却材料相比，FP-12-6展现出更优越的冷却性能，尤其是在室外强光条件下的表现尤为突出。

3. 室外冷却效果验证

在实际的室外测试中，FP-12-6的冷却效果得到了显著验证。当覆盖在模拟皮肤上时，其温度比裸露皮肤低5.5°C，相较于PE薄膜和PDMS薄膜分别低5.0°C和4.3°C（图3f）。这一结果得益于织物的高阳光反射率和强大的热辐射发射能力，使其在阳光直射下仍能保持出色的冷却效果。此外，织物的低中红外反射率确保了人体热量能够有效透过织物散发，进一步增强了冷却效果。

4. 室内冷却效果验证

在室内环境下，FP-12-6同样展现出良好的冷却性能。测试结果显示，覆盖FP-12-6的模拟皮肤温度比PDMS薄膜低1.4°C，略高于裸露皮肤和PE薄膜覆盖的皮肤温度（图3g）。这表明即使在没有阳光直射的室内环境中，FP-12-6仍能通过其选择性发射特性提供一定的冷却效果，为室内个人热管理提供了新的解决方案。

5. 可穿戴性能评估

FP-12-6冷却织物不仅在冷却性能上表现出色，其可穿戴性能也得到了全面评估。测试结果表明，该织物具有良好的疏水性、洗涤耐久性、耐磨性以及优异的机械性能。此外，其透湿性和透气性也满足日常穿着需求，确保了穿着的舒适性。这些性能的综合表现使FP-12-6有望成为下一代智能个人热管理织物的有力候选。

6. 研究结论与展望

本文开发了一种具有选择性发射特性的全尺度结构冷却织物。由于半贯穿孔隙和随机分布纤维的协同散射效应，所制备的 FP-12-6 织物在太阳光波段的反射率达到 94%，在中红外波段的反射率低至 6%。此外，选择性发射特性使 FP-12-6 在 8-13μm 波段的辐射发射率为 81%，在 2.5-25μm 波段的辐射透射率为 25%。理论计算表明，该冷却织物在室内可实现 26 W/m2 的净冷却功率，在室外可实现 60 W/m2 的净冷却功率。实际结果显示，与典型的聚二甲基硅氧烷薄膜相比，FP-12-6 在阳光充足的户外环境中的冷却效果可达 5.5°C，在室内环境中的冷却效果可达 1.4°C。这项工作解决了户外和室内冷却之间的兼容性问题，为下一代更智能的个人热管理织物做出了贡献。

本文通讯作者简介：

韩广萍，东北林业大学材料科学与工程学院教授，博士生导师。长期从事生物质资源高值化利用、静电纺丝纳米纤维功能材料的构建及应用研究。先后兼任中国产业用纺织品协会静电纺丝非织造材料专业委员会副主任委员、中国林学会生物质材料科学分会理事、全国林业生物质材料标准化技术委员会委员、Strategic Committee of Society of Wood Science and Technology副主任委员等。主持国家自然科学基金、国家重点研发课题任务、黑龙江省重大科技攻关、国家林业局“948”项目等10余项。出版英文专著1部、参编国外教材1部、国内教材2部；在国内外相关学术领域发表学术论文140余篇，授权发明专利12件；编制林业行业标准2项。

程万里，东北林业大学材料科学与工程学院教授、博士生导师，中国林产工业协会木材干燥产品专业委员会副理事长、中国循环经济协会专家委员会专家。研究方向主要包括木材干燥理论与方法、木材热加工技术等。近二十年来，先后主持国家自然科学基金六项、主持和参与其他各类科研项目十余项。发表学术专著一部、参编教材及学术著作六部；在Nano-Micro Lett.、AFMs、Journal of Cleaner Production、Energy、Drying Technology等相关学术期刊发表论文130余篇；获国家专利20件。 

宦思琪，东北林业大学材料科学与工程学院教授，博士，于2021年3月获东北林业大学“成栋优秀青年学者”项目资助，作为全职教授就职。本、硕、博均毕业于东北林业大学，并于2014-2021年间分别在美国马萨诸塞大学、芬兰阿尔托大学和不列颠英属哥伦比亚大学进行访问和博士后工作，合作导师为Orlando Rojas教授。研究领域主要为生物质材料的新型加工技术及应用，如利用静电纺丝和3D打印对单相或多相体系进行设计和加工，得到具有功能性纳米结构的可再生复合材料。现主持国家自然科学基金(青年)、国家博士后面上项目、黑龙江省优秀青年科学基金等项目，发表在Chemical Reviews、Chemical Society Reviews、Advanced Functional Materials、ACS Nano、Aggregate等国际期刊60余篇。

王栋，东北林业大学材料科学与工程学院副教授，分别于2015年、2018年、2023年获得烟台大学高分子材料与工程学士学位、东北林业大学木材科学与技术硕士和博士学位。2021年至2022年，他在加拿大不列颠哥伦比亚大学大学(UBC)Orlando Rajos课题组进行公派联合博士培养。2023年入职东北林业大学材料学院轻化工程专业、生物质能源与材料学科。主持国家自然科学青年基金、中国博士后科学基金面上资助项目等5项；在国内外相关学术领域发表SCI学术论文30余篇。

文章来源：DOI10.1007/s40820-025-01713-4