摘要：随着气候变化加剧，极端温度事件频发，人体热舒适性面临严峻挑战。传统辐射冷却（RC）纺织品虽能实现零能耗降温，但其静态光学特性无法适应动态环境中温度、辐射、对流与湿度的时空变化，容易导致过热或过冷现象，难以满足全天候、自适应热调节需求。
随着气候变化加剧，极端温度事件频发，人体热舒适性面临严峻挑战。传统辐射冷却（RC）纺织品虽能实现零能耗降温，但其静态光学特性无法适应动态环境中温度、辐射、对流与湿度的时空变化，容易导致过热或过冷现象，难以满足全天候、自适应热调节需求。
近日，东华大学王宏志教授、侯成义研究员和香港城市大学Wu Bo教授合作团队提出了一种动态响应与环境自适应的元织物（DREAM），通过将辐射冷却与相变热缓冲机制集成于梯度多孔结构中，实现了“采集-存储-释放”的闭环冷却能量管理。该织物具备高太阳反射率（≈95.6%）和中红外发射率（≈95.4%），白天可实现高达19.6°C的降温，夜间减少84%的温度波动，展现出卓越的机械强度、透气性和耐洗性。相关论文以“Self-Adaptive Metafabric Enabling Thermal Rectification and Radiative–Phase Change Energy Cycling for All-Weather Thermal Regulation”为题，发表在
Advanced Functional Materials上，论文第一作者为Wei Wei。DREAM的结构设计融合了梯度孔隙与相变微胶囊（PCMCs），通过空气/冰双模板法制备而成。其微观孔层（平均孔径6.1μm）与宏观孔层（平均孔径71.3μm）形成热导率差异，实现热流定向传导，有效抑制高温环境下的对流热输入。图1展示了DREAM相较于传统纺织品与普通RC织物在动态环境中的自适应优势，其日夜循环的能量管理机制显著提升了热舒适性。
图1. DREAM热管理概念与优势 A) 传统纺织品、传统RC纺织品与DREAM在动态环境下的自适应热管理能力对比示意图。 B) DREAM的结构设计，梯度多孔结构引导热流定向传输。 C) DREAM构建的“日释夜储”冷却能量循环网络示意图。 D) DREAM的一维能量传输模型分析。
光谱分析显示（图2），DREAM在0.25–15 μm波段具有高反射与发射性能，PCMCs的引入进一步增强了Mie散射效应与红外发射能力。其光学性能在厚度达到400 μm时趋于稳定，梯度结构不影响整体光谱特性。扫描电镜图像清晰展示了BaSO₄颗粒与PCMCs的均匀分布以及双层孔隙的紧密结合。
图2. DREAM的光谱特性与表征 A) DREAM实现基于WPU/BaSO₄的冷却能量采集与基于WPU/PCMCs的能量存储示意图。 B) PPBS（含PCMCs）与PBS（不含PCMCs）在0.25–15 μm波段的反射率与发射率。 C) PPBS的FTIR光谱。 D,E) 不同厚度DREAM的太阳反射率与中红外发射率。 F) DREAM的顶视图与截面数码照片。 G) DREAM的SEM图像，包括表面、截面、宏观孔层与微观孔层。
热传导实验（图3）表明，DREAM具有明显的热不对称性：从密孔层向疏孔层的热导率比反向高出59%。热台实验与红外成像进一步验证了其定向热管理能力，PCMCs的吸热行为在相变阶段延缓温升，而模拟结果支持其在实际应用中的有效性。
图3. DREAM的热传导性能 A) 热流在密孔层与疏孔层之间定向传导的示意图。 B) 热传导测量系统示意图。 C) PPBS、PBS和棉织物在热台上的红外图像。 D) 样品表面实时温度变化。 E) PBS（无PCMCs）截面的红外图像，左疏右密。 F) PPBS（有PCMCs）截面的红外图像，左疏下右密下。 G,H) 梯度多孔结构在两种热流方向下的2D与3D有限元热传导模拟。
户外实测（图4）于上海进行，24小时连续监测显示，DREAM（PPBS）在日间平均降温6.8°C，夜间仅较环境低0.5°C，显著优于普通RC织物（PBS）的3.9°C降温和3.2°C夜间过冷。其净冷却功率在白天可达124.4 W m⁻²，夜间通过相变热释放调节冷却输出，实现按需调控。
图4. DREAM的冷却性能直接热分析 A) 上海户外实验现场照片。 B) 测量装置示意图。 C) 测试日的气象数据。 D) 24小时连续温度监测。 E) PPBS与PBS的温度波动范围。 F,I) 日间与夜间PPBS、PBS与环境温差。 G,J) PBS在日间与夜间的净冷却功率理论计算。 H,K) PPBS在日间与夜间的净冷却功率理论计算（含PCMCs贡献）。
在实际应用测试中（图5），DREAM在晴朗和多云天气下均表现出优异的人体降温效果，模拟皮肤温度最大降低19.6°C，且无需额外冷却功率。穿着试验与建筑模型覆盖实验进一步证明其在个人热管理与建筑节能中的潜力。
图5. DREAM的实际应用 A,D) 晴朗与多云天气下模拟皮肤覆盖不同织物的温度变化。 B,E) 模拟皮肤与各织物的温差。 C,F) 各条件下平均温度对比。 G) 志愿者穿着PPBS与棉织物在阳光下的红外图像与照片。 H) 对应温度曲线。 I) PPBS与商用白色涂层覆盖木屋模型的对比。 J) 对应温度数据。
此外，DREAM具备良好的穿着舒适性（图6），透气率达72 mm s⁻¹，水蒸气传输率高，机械强度优异，经历千次拉伸与20次机洗后光学性能几乎无衰减，抗紫外老化性能突出，具备实际应用潜力。
图6. DREAM的穿着性能 A) 透气性测试。 B) 水蒸气传输率。 C) 拉伸强度。 D) 千次拉伸循环后的机械性能。 E,F) 机洗20次前后的太阳反射率与中红外发射率。
该研究通过材料-结构-功能协同设计，成功开发出具有热整流与辐射-相变协同调控能力的自适应织物，为下一代可穿戴与建筑一体化热管理技术提供了新范式。尽管当前采用冻干法制备，未来研究将聚焦于规模化生产工艺，推动其实际应用。
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来源：郭子聊科学