引言：随着城市化加速与极端高温频发，城市建筑和交通设施表面因吸收太阳辐射加剧热岛效应^[1]，而依赖能源的主动冷却方式（如空调）不仅能耗高，也不符合低碳目标^[2]。被动式白天辐射冷却（PDRC）虽能通过光热调控实现无能耗降温，但现有材料存在应用范围窄、冷却功率低、机械性能差等问题，难以满足长期使用需求^[3]。此外，实际应用中复杂环境对材料强度、韧性和环境适应性提出更高要求，亟需开发兼具高效冷却与优异力学性能的新型材料。虽然已有研究通过静电纺丝获得了一些有吸引力的 PDRC 织物^[4]，这些织物由具有中红外吸收特性的散射纤维集成而成，如 PEO 纤维。它们具有优异的可纺性和在 “大气透明窗口”（C─O─键（1260-1110 cm⁻¹）和 C-OH 键（1239-1030 cm⁻¹））内的高发射率。然而，这些冷却织物通常具有二维无序形态，由于其有限的空间反射性能和发射面积比例低，无法同时优化太阳反射性能和中红外发射性能。因此，通过静电纺丝策略设计纤维的分层微观结构以优化织物的光谱特性至关重要。

来自北京航空航天大学化学学院的郑咏梅教授、侯永平教授团队等人，近日就在《Small》期刊发布了题为“Ultra-Tough Anisotropic Bionic-Metafabric with Core–Shell Architecture for Sustainable Radiative Cooling”（用于可持续辐射冷却的具有核壳结构的超韧各向异性仿生超材料织物）的最新研究成果。该团队受白蛾翅膀和蜘蛛丝特殊结构的启发，成功开发出一种具有独特纤维微观结构的高效辐射冷却超材料织物。该新型织物具有优异的超韧性、以及辐射冷却性能，为开发新型辐射冷却材料提供了了一种新思路和方法。

仿生设计：从二维到三维的宏观织物

通过受白蛾翅膀和蜘蛛丝启发的结构设计，研究团队利用静电纺丝技术构建了具有核壳结构和各向异性的三维辐射冷却超材料织物（STRCM）。这种设计不仅优化了纤维的微观结构，还显著提升了织物的机械性能和光学性能。具体来说，纤维内的“铰链”结构以及纤维间的取向行为，为冷却织物赋予了非凡的强度和前所未有的超韧性。这种结构类似于蜘蛛丝中的“铰链结构”，使得纤维在受到外力时能够有效分散应力，从而提高织物的整体机械性能。

超韧性：各向异性与核壳结构的协同优势

纤维内排列的 “铰链” 结构以及纤维间的取向行为，为冷却织物赋予了非凡的强度和前所未有的超韧性。实验结果显示， STRCM 实现了 2.55 MPa 的拉伸强度、726.94% 的断裂伸长率和 31 MJ/m³ 的抗冲击性。这些特性使得STRCM在户外应用中具有极高的实用价值。 

优异辐射冷却性能：实际测试验证高效降温效果

纤维的有序排列使阳光能够更系统地传播和反射，而核壳多层结构进一步增强了其反射太阳辐射的能力。此外，纤维表面的凸起结构和额外沉积的散射体在扩大织物的辐射面积和增加太阳散射率方面发挥了重要作用。在实际测试中， STRCM 实现了 96.85% 的高反射率值和 91.09% 的高发射率值，表现出优异的辐射冷却性能，在中国北京的测试中， 978 W/m² 的太阳强度峰值下，其可以达到 6.7°C 的冷却效果和 79.0 W/m² 的冷却功率。在长期间歇测试期间，该材料的冷却效果也没有明显下降。

图4：实际户外辐射冷却性能 a.辐射冷却测试装置 b.辐射冷却测试箱及其关键部件介绍 c.2025年6月4日北京户外测试的实际温度数据 d.STRCM与封闭腔空气、棉布和环境温度的温度差 e.2025年6月4日北京测试的实际太阳辐射和湿度条件 f.STRCM的冷却功率理论计算和评估

 

综上所述，本研究成功展示了一种具有各向异性和核壳结构的强韧辐射冷却织物，不仅实现了从二维到三维宏观织物的创新突破，还表现出优异的环境稳定性和卓越的辐射冷却性能，能够无缝集成到各种表面，并在航空航天、建筑、电子、食品包装等领域展现出应用潜力。此外，该研究的多级结构设计为同时增强机械性能和辐射冷却以实现长期应用提供了前所未有的策略。

 

 

文献来源：https://doi.org/10.1002/smll.202505210

引用来源：
[1]M. Yong, K. H. Lim, IEEE Int. Conf. on Big Data, Atlanta, GA, USA, December 2020.
[3]Y. Luo, X. Cheng, B. J. Dewancker, B.-J. He, International Conference on Urban Climate, Sustainability and Urban Design, Springer Nature, Singapore 2025.
[12]a) X. Wang, X. Liu, Z. Li, H. Zhang, Z. Yang, H. Zhou, T. Fan, Adv. Funct. Mater 2020, 30, 1907562;
b) H. Fan, K. Wang, Y. Ding, Y. Qiang, Z. Yang, H. Xu, M. Li, Z. Xu, C. Huang, Adv. Mater 2024, 36, 2406987.
[13]a) D. Li, X. Liu, W. Li, Z. Lin, B. Zhu, Z. Li, J. Li, B. Li, S. Fan, J. Xie, J. Zhu, Nat. Nanotechnol 2021, 16, 153;
b) P. Yao, Z. Chen, T. Liu, X. Liao, Z. Yang, J. Li, Y. Jiang, N. Xu, W. Li, B. Zhu, J. Zhu, Adv. Mater 2022, 34, 2208236.