在全球气候变暖加剧、极端高温事件日益频发的背景下，人体热舒适管理面临严峻挑战。传统空调虽能缓解高温不适，却伴随着巨大的能源消耗与碳排放。过去三十年间，空调系统产生的二氧化碳排放量已翻倍，达到约10亿吨，而预计到2050年，空间制冷的能源需求将再增长一倍，进一步加剧温室效应。因此，开发可持续的热舒适管理方案势在必行。近年来，辐射制冷技术作为一种零能耗、高效率的被动冷却手段，在智能纺织品领域展现出广阔前景。该技术通过将人体热量以中红外波形式辐射至寒冷外太空，实现有效降温。然而，现有基于合成材料的被动日间辐射制冷织物虽冷却效果优异，却常存在皮肤亲和性差与湿气管理能力不足的问题。棉织物因其天然吸湿透气特性，在平衡降温性能与穿着舒适度方面具备独特潜力。高温环境下，人体依赖辐射散热与汗液蒸发维持热平衡，但在高湿条件下汗液难以蒸发，易引发热应激与不适，同时潮湿环境也助长细菌滋生，带来健康隐患。传统织物在湿热环境中常因保温性强和导湿能力不足，进一步限制散热与蒸发效率。因此，研发兼具高效汗液管理、强化蒸发冷却与抑菌功能的多功能织物，对提升高温高湿环境下的人体舒适度与健康防护水平具有重要意义。

  研究人员通过原位合成、浸涂和喷涂工艺，制备了一种用于个人热湿管理的Janus结构抗菌超材料织物。该超材料织物采用St?ber法预先在棉纤维表面原位生长二氧化硅（SiO₂），并以硅烷偶联剂实现二氧化钛纳米颗粒（TiO₂）的共价键合，随后进行不对称润湿性处理，构建出具有单向导湿功能Janus结构的超材料织物。该超材料织物实现了91.2%的太阳光反射率与96.6%的红外发射率，在户外晴天和阴天下覆盖Janus超材料织物的模型内部温度相较于普通棉织物的模型分别降温12.6 °C和10.7 °C。其Janus润湿结构实现单向导湿，促进汗液从皮肤向外蒸发，蒸发速率达0.38 g·h^-1（约为纯棉织物的1.8倍），在夏季剧烈运动过程中可将皮肤冷却至舒适的温度。此外，该超织物对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的抑菌率均超过99.5%，经120次磨损后质量损失低于2.3%。该研究为开发兼具热湿调节、抗菌与舒适性的下一代智能户外运动纺织品提供了新思路，具有潜在的应用前景。

  2025年11月14日，相关研究成果以题为“Tailored Versatile Janus Fabrics as Breathable, Antibacterial, and Comfortable for Personal Thermal‐Moisture Management”为题正式发表在期刊《Advanced Functional Materials》上，论文第一作者为浙江大学硕士研究生陈洋，通讯作者为浙江大学衢州研究院高峰副研究员与浙江大学张庆华教授。

图1. Janus结构超材料抗菌棉纺织品用于人体湿热管理。

  通过精准调控纳米颗粒的粒径分布，实现了材料光学性能的显著提升。研究人员将二氧化钛（TiO₂）颗粒尺寸精确控制在300~900 nm范围内，使其与太阳辐射峰值波段（0.3~2.5 μm）高效匹配，从而获得高达91.2%的太阳光反射率。与此同时，体系中原位生成的二氧化硅（SiO₂）在9 μm波长处激发强烈的声子极化激元共振，该波段恰与地球大气透明窗口（8~13 μm）相吻合，促使中红外发射率提升至96.6%。此项研究的关键突破在于通过粒径的精细设计，使TiO₂与SiO₂在光谱调控上形成功能互补的协同机制。

图2. a) 超织物和棉织物的反射率和发射率。b) 纤维素、SiO₂和TiO₂键振动的红外发射示意图。c, d) 超织物在白天和夜间的制冷功率。e) 超织物和棉织物的傅里叶变换红外光谱（FTIR）。f) 超织物、棉织物、SiO₂和TiO₂的X射线衍射（XRD）光谱。g和h) 超织物的扫描电子显微镜（SEM）图像和i) EDS图。

图3. a) 超织物定向水运输机制的示意图，由非对称润湿性结构实现。b) 定向运输的俯视图。c) 定向水运输机制的示意说明。水接触角在d)亲水层和e)疏水层上的动态变化。f) 水接触角变化的量化比较。g) 超织物与棉织物的水分蒸发速率比较。h) 吸湿排汗能力的实际演示。i) 透气性能评估。

图4. a) 超织物辐射冷却机制的示意图。b, c) 冷却性能评估的实验装置，显示 b) 电偶温度监测下的测试配置示意图，以及 c) 在浙江杭州（30°18′10″ N, 120°4′54″ E）浙大紫金港校区实地测试照片。d-f) 不同环境条件下冷却性能的温度及温差曲线：d) 晴天，e) 阴天，f) 夜间，插图中显示了相应天气条件的照片。

  该超织物将辐射冷却、定向导湿、抗菌性能与机械耐久性集成于单一织物平台。这种整体设计思路不仅解决冷却需求，更兼顾了实际穿着舒适度与卫生性能。此外，TiO₂的光催化抗菌效应与烷基糖苷的有机-无机纳米复合抗菌网络的协同作用，对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抗菌效率均超过99.5%。在高效降温的同时，兼顾了长效抑菌与穿戴实用性，为高性能智能纺织品开辟了新路径。经120次连续磨损测试后，织物质量损失率低于2.3%，且热性能保持高度稳定，展现出优异的耐用表现。这种出色的耐久性主要源于的多重结合策略：通过原位生长SiO₂构建基础结合层，利用硅烷偶联剂（APTES）实现TiO₂与纤维的共价键合以阻止纳米颗粒脱落，进一步采用烷基糖苷（APG1214）作为双功能粘结剂与亲水剂。这种多重策略确保了纳米颗粒的牢固附着与织物结构完整性，有效解决了传统涂层纺织品因颗粒脱落导致性能衰退的共性难题。

图5. a, b) 超织物和纯棉织物的抗菌示意图及抗菌效率。c, d) 对应的大肠杆菌和金黄色葡萄球菌菌落图像。e, f) 不同循环后质量变化及太阳光谱平均反射率变化。g) 超织物和棉织物的机械性能。

  该研究成功开发了一种集辐射制冷、单向导湿和高效抗菌于一体的多功能Janus织物，为个人热管理提供了创新解决方案。通过SiO₂和TiO₂纳米颗粒的协同作用，织物在实现高太阳光反射的同时，保持了优异的中红外发射性能，从而在户外晴天/多云高温条件下均能有效降低人体热应激。Janus结构的设计创新性地解决了汗液管理难题，通过不对称润湿性实现汗液的快速单向传输和蒸发，一定程度上提升了穿着舒适度。该研究的重要意义在于，它并未完全抛弃传统棉织物的优势，而是在保留其柔软性、透气性和皮肤亲和性的基础上，通过纳米技术手段赋予其先进功能。这种策略既确保了织物的实用性和可接受度，又大幅拓展了其性能边界。抗菌功能的集成直接回应了高温高湿环境下细菌滋生的健康隐患，使该织物在运动、户外作业和医疗防护等领域具有广阔应用前景。

  文章链接：https://doi.org/10.1002/adfm.202523292