人体与纺织品微环境中的热湿平衡对人体舒适度、健康管理及持久穿着性至关重要。然而，设计出能同时实现持续降温与动态湿气调节的纺织系统，仍是亟待解决的重大挑战。
2025年10月4日，东华大学纺织科技创新中心丁彬教授、王先锋研究员团队在国际顶级期刊 《 Advanced Materials 》发表题为 “Synergistic Sustained Cooling and Adaptive Moisture Regulation Enabled by Core–Shell Structured Textiles ” 《 核壳结构纺织品实现协同持续降温与自适应湿度调节》 的研究成果。
本文通过同轴电纺技术开发出一种温湿调节纺织品（TMRT），其采用理性设计的核壳微/纳米纤维结构，外层为温湿调节聚合物鞘层，内核为热响应聚合物。该TMRT展现出卓越的中红外（MIR）发射率（99.82%）与低太阳反射率（7.71%）， 卓越的接触冷却系数（0.43 W cm⁻²）及超低热阻（0.08 m² K W⁻¹），可在40℃环境下使皮肤温度降低约6.6℃。值得注意的是，该材料展现出低湿阻（2.49 m² K W⁻¹）与高水分蒸发速率（0.59 g h⁻¹），同时具备优异的湿度调节性能和快速响应能力，实现0.5%相对湿度（RH）的湿度感知分辨率。 基于TMR-T的防护服为人体营造舒适微环境。
展开剩余87%本研究开创性地建立了 兼具协同热湿管理功能的先进纺织品范式，突破了传统防护装备的关键局限——尤其在长期使用中显著缓解了热量与湿气积聚问题。
主要内容：
作者报告了一种专为身体-纺织品小气候系统设计的热湿度调节纺织品 （TMRT），集持续冷却、水分调节、高渗透性和柔软性于一体。该 TMRT 由芯壳微/纳米纤维组成，具有水分调节纤维壳和冷却纤维芯，通过同轴静电纺丝制造：
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图1. TMRT的设计与制造。a） TMRT 的材料、制造和特点的示意图，具有冷却、湿度调节以及透气性和透湿性。b） 在TMRT中显示具有核壳结构的纤维的TEM图像。c） 测量的 PU、PPEG、PAC 和 TMRT 的太阳反射率光谱 （0.25–2.5 μm） 和红外发射率光谱 （2.5–25 μm）。黄色阴影区域表示 AM 1.5 标准太阳光谱，而蓝色阴影区域表示大气透射率。d） 照片展示了 TMRT 的透气性。e） TMRT持续冷却和持久水分调节的机制示意图：吸附-相变耦合和共生效应。
随后作者详细介绍了织物的孔隙结构特性：
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图2.孔隙结构表征。a） PU、PPEG、PAC 和 TMRT 的 FTIR 光谱。b）AC、PPEG和TMRT的XRD图谱。c）PU、PPEG、PAC和TMRT的孔径分布。d） PU、PPEG、PAC 和 TMRT 的平均孔径和 Dmax。e） PU、PPEG、PAC 和 TMRT 的 BET 表面积和孔隙率。f） PPEG和TMRT的N2吸附-解吸等温线。g–i） 光学轮廓测量图像、Ra 和 PU、PPEG、PAC 和 TMRT 的表观 WCA 变化曲线。
随后测试了冷却性能：
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图3. 冷却性能。a，b） PU、PPEG、PAC 和 TMRT 的 DSC 曲线 （a）、熔焓和熔融温度 （b）。c） PU、PPEG、PAC、TMRT 和市售 PET 的 Qmax、λ 和热阻。d） 用于表征冷却性能的实验装置。e）在35°C、37°C和40°C的不同温度下，PET和TMRT覆盖在模拟皮肤上的红外图像。f）模拟裸露皮肤，PET覆盖的模拟皮肤和TMRT覆盖的模拟皮肤在室温下20分钟内的连续温度变化。g） PET和TMRT的持续冷却性能。
第四部分作者主要研究织物的湿度调节性能：
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图4.水分调节性能。a） PU、PAC、PPEG、TMRT的透气性和透湿性。b） PU、PAC、PPEG、TMRT 和 PET 的防潮性。c）PET和TMRT的水分蒸发。d） 用于评估水分调节能力的实验装置的示意图。e） PET 和 TMRT 在 60 分钟内以 35%、60% 和 90% 的连续 RH 变化 f） 在连续加湿-湿度调节循环测试下，PET、TMRT 和环境的动态 RH 曲线，变化为 20–90% RH。g） TMRT在周期性加湿-调湿循环试验和干燥变化下的长期循环试验。
最后作者展示了TMRT的力学性能及实际应用展示 ：
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图5.TMRT的力学性能及实际应用。a） PU、PPEG、PAC 和 TMRT 的干湿抗拉强度比较。b） TMRT的湿态力学增强示意图：分子键和水合效应的协同耦合。c） TMRT 50% 应变下的循环拉伸试验。d） 示意图说明了将 TMRT 与数据记录器集成在一起的实际室内应用试验，用于监测防护服内外的温度和湿度。采集的数据通过输电塔无线传输到计算机，实现实时监控和诊断。e） 照片显示了在带有记录仪的跑步机上进行实时热和湿度调节性能测试的设置，以监测样品和防护服之间微环境的温度和湿度，测试人员穿着附有 TMRT 和 PET 的防护服。f） 热像仪记录实时热和湿度调节性能测试过程。g，h）实时热湿度调节性能实验中PET和TMRT双纺织系统微环境的定量测得温度（g）和湿度（h）。
总结讨论：
综上所述，通过简便且可扩展的同轴电纺技术，成功开发出兼具卓越持续降温、湿度调节、穿着舒适性及耐久性能的热响应型辐射冷却材料（TMRT）。聚氨酯/活性炭纤维外壳确保了材料的高湿度感知能力和快速蒸发特性，而热响应型聚氨酯/聚乙二醇纤维芯则为人体提供了出色的吸热降温效果。聚乙二醇与活性炭的协同作用结合微/纳米纤维结构，赋予该材料卓越的热辐射冷却性能：实现99.82%超高中红外发射率、7.71%低太阳反射率，并在40℃环境下使皮肤温度降低约6.6℃。
此外，该材料展现出优异的湿度调节能力与快速响应特性，湿度感知分辨率达0.5%RH。基于此特性制成的防护服，其微环境温度较商用PET纺织品降低0.7-2.4℃，湿度降低3.9-12.8%RH，确保长期穿着舒适性与增强透气性。这项工作为新一代功能性纺织品开辟了新途径，推动其在实时监测、个人防护和医疗保健领域的应用。
此外，具有核壳结构的TMRT在设计用于极端环境的高性能服装方面具有巨大潜力，包括航空航天、军事和消防应用。
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