引言

随着全球温室效应加剧，极端高温天气频发，传统制冷设备（如空调）的高能耗问题日益突出。个人热管理（Personal Thermal Management, PTM）技术应运而生，并因其卓越的能效而备受关注。PTM通过提供局部降温，在提升个人舒适度的同时，显著降低能源消耗，其中被动辐射降温（Passive Radiative Cooling, PRC）展现出巨大的应用潜力。人体40%至60%的热量可以通过辐射形式释放，PRC正是利用这一原理，无需额外能量输入即可创造热舒适环境。然而，现有辐射冷却材料多专注于户外场景，忽视了室内环境下的冷却需求，限制了其实际应用范围。

 近期，东北林业大学韩广萍教授、程万里教授、宦思琪教授、王栋副教授团队通过静电纺丝结合超声水蚀刻工艺成功制备出兼具室内外双模式辐射冷却功能的全尺度结构聚偏氟乙烯-聚乙烯吡咯烷酮（PVDF-PVP）织物。该织物表现出94%的高太阳光反射率和6%的低中红外反射率，同时在8-13微米波段具有81%的辐射发射率和在2.5-25微米波段具有25%的辐射传输率。实际测试表明，与传统薄膜相比，该织物能有效降低人体温度，为可持续的个人热管理提供了创新方案。

 创新亮点

1、开创性的室内外一体化被动辐射降温方案

以往大多数辐射降温织物主要关注户外降温，忽视了室内降温的重要性，导致整体降温性能受限。本研究提出并成功制备了一种PVDF-PVP织物，首次实现了在室内和户外环境下的同步高效被动辐射降温，有效解决了传统材料在室内外应用场景中性能不兼容的难题，这为个人热管理领域带来了突破性进展。

2、全尺度结构设计：高效反射与低红外反射的平衡

（1）多级散射结构：通过静电纺丝结合超声水刻蚀技术，构建了纳米级半互穿孔隙（50–170 nm）、微米级纤维（0.6–1.5 µm）和纤维间空隙（1.5–2.5 µm）的全尺度结构。这种设计在太阳光波段（0.3–2.5 µm）通过多重米氏散射实现94%的高反射率，同时在中红外波段（2.5–25 µm）反射率仅6%，显著减少人体热辐射的反射损失。

（2）材料选择：以PVDF（聚偏氟乙烯）为基体，其C-F键的振动特性赋予织物在8–13 µm波段的选择性发射能力，而PVP（聚乙烯吡咯烷酮）的引入调控纤维直径分布，优化结构性能。

3、 双模式冷却机制：发射与透射协同

（1）户外冷却：通过大气窗口波段（8–13 µm）的高发射率（81%），将人体热量辐射至低温宇宙空间，理论净冷却功率达60 W/m²。

（2）室内冷却：利用中红外波段（2.5–25 µm）的25%透射率，使人体热量直接透过织物散发至周围环境，理论净冷却功率为26 W/m²。

4、 实际应用性能卓越

（1）温度对比实验：在户外阳光下，织物覆盖的模拟皮肤温度比裸露皮肤低5.5°C，比传统PDMS薄膜低4.3°C；室内环境下仍能实现1.4°C的降温效果。

（2）巧克力融化实验：在4000 W/m²氙灯照射下，织物覆盖的巧克力融化时间延长至30分钟，远高于PE薄膜（1分钟），验证其优异的太阳光反射能力。

5、可穿戴性与耐久性

织物通过疏水性、耐磨性和机械强度测试，满足日常穿戴需求，且可通过规模化静电纺丝技术生产，具备商业化潜力。

图文解析

 图1：全尺度结构织物设计与冷却机制示意图

 图2：不同PVDF/PVP比例织物的SEM形貌分析

 图3：半互穿孔隙的形成机制与表征

 图4：光学性能与辐射冷却理论计算

 图5：实际冷却性能测试

总结与建议

该研究通过静电纺丝技术的创新应用，解决了传统辐射冷却材料在室内外环境兼容性上的瓶颈，为可持续个人热管理提供了新思路。全尺度结构与选择性发射的协同设计，为多功能智能纺织品的开发树立了典范。

1、对行业的启示

▪ 静电纺丝技术优化：研究展示了通过调控纺丝参数（如PVDF/PVP比例、刻蚀条件）实现复杂结构设计的可能性，为功能性纤维开发提供参考。

▪ 跨学科合作：结合光学理论（米氏散射、黑体辐射）、材料科学（聚合物氢键相互作用）和热力学模型，凸显多学科交叉的重要性。

2、未来研究方向

▪ 规模化生产：考虑高通量、规模化生产的静电纺丝技术，例如熔体静电纺丝或多喷嘴静电纺丝，以降低生产成本，推动该技术从实验室走向工业应用。

▪ 多功能集成：结合湿度调节、抗菌等功能，进一步提升织物实用性。

▪ 环境适应性：研究不同气候条件（如高湿度、多尘环境）下的性能稳定性。

文章来源：https://doi.org/10.1007/s40820-025-01713-4