文獻前沿丨Adv. Funct. Mater.：多功能Janus織物 - 實現透氣、抗菌與舒適的個人熱濕管理

近年來，被動輻射冷卻紡織品因其零能耗、高效率的散熱特性，在個人熱管理領域引起廣泛關注。然而，目前大多數輻射冷卻織物設計主要聚焦于提升光學性能，往往忽視了在實際穿著環境中人體排汗與織物透氣性、抗菌性之間的協同關系。因此，開發一種集高效輻射冷卻、有效汗液管理、長效抑制細菌于一體的多功能織物，仍是一項極具挑戰性的任務。為了解決上述難題，本文通過St?ber 法、浸涂法和噴涂工藝合成了一種具有吸濕排汗和冷卻功能的抗菌超織物。該織物采用St?ber 法在棉纖維表面原位合成二氧化硅（SiO?）與二氧化鈦（TiO?）納米粒子，隨后通過浸涂法和噴涂工藝構建不對稱潤濕性結構，實現了對太陽輻射、人體熱輻射與汗液的協同管理與智能調控。實驗表明，該織物展現出優異的光學性能，其太陽反射率和紅外發射率分別高達91.2%和 96.6%。同時，它還具有優異的定向導濕能力及以強大的抗菌效果，對金黃色葡萄球菌和大腸桿菌的抑菌率分別達到99.6%和99.5%。經120次磨損循環后，質量損失小于2.3%，太陽光反射率變化約15%，紅外發射率僅從96.6%降至95.5%，顯示出優異的耐久性。本研究成功開發了一種兼具輻射冷卻、汗液管理、抗菌防護與耐用性的多功能Janus織物，為下一代自適應智能紡織品的開發提供了新范式與解決方案。相關工作以Tailored Versatile Janus Fabrics as Breathable, Antibacterial,and Comfortable for Personal Thermal-Moisture Management發表在Advanced Functional Materials期刊。

為了開發一種集高效輻射冷卻、有效汗液管理、長效抑制細菌于一體的的多功能織物，本文通過St?ber 法、浸涂法和噴涂工藝合成了一種具有吸濕排汗和冷卻功能的抗菌超織物(圖1)。該織物采用St?ber 法在棉纖維表面原位合成二氧化硅（SiO?）與二氧化鈦（TiO?）納米粒子構建光學功能層，實現91.2%的高太陽光反射率與96.6%高中紅外發射率(圖2)。并且通過浸涂烷基糖苷與噴涂疏水劑構建不對稱潤濕性結構，形成內疏水、外親水的定向水傳輸路徑(圖 3)。水接觸角測試表明，親水側水滴在0.5秒內完全鋪展，而疏水側水接觸角在7秒內由150°降至0°，證實其具備優異的單向導濕能力。戶外測試表明，在約800瓦/平方米的太陽輻照下，該織物平均比環境溫度低約8°C，最大溫差達12.6°C，相比棉織物降溫超過4°C(圖4)。該織物還具備優異的抗菌性與耐久性(圖5)。織物對大腸桿菌和金黃色葡萄球菌的抗菌效率分別達到99.5%和99.6%，經120次磨損循環后，質量損失小于2.3%，太陽光反射率變化約15%，紅外發射率僅從96.6%降至95.5%，顯示出優異的耐久性。該織物實現了在復雜環境下的自適應熱濕管理，為下一代可穿戴熱濕管理系統的開發提供了新的解決方案。

圖1.(a)用于個人體溫調節的Janus結構抗菌紡織品設計示意圖。該設計結合了：(i)太陽光反射（0.3–2.5 μm光譜），(ii)選擇性中紅外調控(8–13 μm大氣窗口)，以及(iii)定向導濕性能。(b)超織物的制備過程示意圖。(c)超織物和純棉織物的紅外熱成像圖。(d)超織物的實拍圖。

圖2. (a)超織物與純棉織物的反射率和發射率對比。(b)纖維素、SiO?和TiO?的化學鍵振動的紅外發射的示意圖。(c,d)超織物在白天和夜間的冷卻功率。(e)超織物和純棉織物的傅里葉變換紅外光譜。(f)超織物、純棉織物、SiO?和TiO?的X射線衍射譜。(g,h)超織物的掃描電子顯微鏡(SEM)圖像。(i)超織物的能譜分析譜圖及O、Si、C、N、Ti元素的對應分布圖。

圖3.(a)超織物基于不對稱潤濕性的定向水傳輸機制示意圖。(b)定向水傳輸的俯視圖觀察結果。(c)定向水傳輸機制的示意圖。(d,e)分別為(d)親水層和(e)疏水層上的動態水接觸角變化。(f)水接觸角變化的定量比較。(g)超織物與純棉織物的水分蒸發速率對比。(h)吸濕排汗與蒸發能力的實際演示結果。(i)透氣性能評估。

圖4. (a)超織物輻射冷卻機制的示意圖。(b,c)冷卻性能評估的實驗裝置：(b)帶有熱電偶溫度監測的實驗裝置示意圖，(c)實驗環境實拍圖（實驗地點：浙江杭州，北緯30°18′10″，東經120°4′54″）。(d–f)不同環境條件下冷卻性能的溫度和溫差曲線：(d)晴天，(e)陰天，(f)夜間，插圖為相應天氣條件的實拍圖。

圖5. (a,b)超織物與純棉織物的抗菌示意圖和抗菌效率。(c,d)對應的高倍放大圖像：(c)與大腸桿菌共同培養24小時后，純棉織物和超織物表面的細菌菌落形態，(d)與金黃色葡萄球菌共同培養24小時后，純棉織物和超織物表面的細菌菌落形態。(e,f)不同循環次數后，織物的質量變化及太陽光譜平均反射率變化。(g)超織物與純棉織物的力學性能。

小結：綜上所述，該研究通過原位合成與浸涂和噴涂工藝，成功將烷基聚糖苷和SiO2/TiO2納米顆粒功能化于Janus 超材料織物上，實現了輻射冷卻與吸濕排汗的協同作用。該多功能設計結合了熱輻射調節、增強的汗液蒸發與卓越的穿著舒適度，為全天候個人冷卻提供了解決方案。通過結合純棉織物固有的透氣性、透濕性和抗菌性，該超織物能有效緩解高溫出汗時的熱濕不適感。與純棉織物相比，該織物具有選擇性光譜響應特性，在以91.2%的反射率反射太陽光譜的同時保持96.6%高中紅外發射率，并且通過不對稱潤濕性實現單向快速的排汗性能。此外，該織物具有優異的柔軟度與的透氣性以及出色的抗菌性能，使得在穿著過程中保持衛生和舒適。這種創新設計不僅為解決個人濕熱管理提供新的思路，也為下一代功能棉紡織品的開發提供了一種新范式。

論文信息：. Chen, Yang, et al. “Tailored Versatile Janus Fabrics as Breathable, Antibacterial, and Comfortable for Personal Thermal‐Moisture Management.” Advanced Functional Materials, 2025, https://doi.org/10.1002/adfm.202523292.

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