近日，清華大學張如范團隊在Advanced Materials Technologies上發(fā)表了題為“Wearable Radiative Cooling Fabrics for Personal Thermal Management”的綜述文章，系統(tǒng)梳理了輻射冷卻織物領域的最新進展，深入解析人體熱量交換的基本模型，以及基于高太陽反射率與中紅外發(fā)射率協(xié)同作用的核心冷卻機制。文章總結了材料光譜設計、制造工藝及結構優(yōu)化策略，還介紹了蒸發(fā)-輻射耦合、溫濕度調(diào)控等多功能集成技術，對關鍵性能指標進行量化評估。此外，文章還探討了輻射制冷技術在自適應體溫調(diào)節(jié)和健康監(jiān)測等新興應用中的潛力，彰顯其多功能特性（圖1）。最后，文章指出當前面臨的挑戰(zhàn)，并對其未來研究方向做了展望。

圖1.多功能輻射冷卻紡織品的材料結構、制造方法和應用

全球工業(yè)化加劇了氣候變暖，致使極端高溫事件頻發(fā)，嚴重威脅人類生命安全。核心體溫超過38.3 ℃易引發(fā)熱相關疾病并阻礙經(jīng)濟發(fā)展。雖然人體可通過代謝調(diào)節(jié)和汗液蒸發(fā)維持熱平衡，但在高強度運動或極端環(huán)境下，這些機制可能失效（圖2a-b）。在此背景下，人體熱管理技術作為一種創(chuàng)新的節(jié)能途徑備受關注，其通過精確調(diào)控人體微環(huán)境中的熱傳遞過程，顯著提高了能源使用效率。輻射制冷織物就是一類具有廣闊應用前景并且備受關注的人體熱管理技術，其利用地球（約300 K）與外太空（約3 K）之間的溫差，將熱量以電磁波形式經(jīng)由“大氣窗口”（Atmospheric transparent window，ATW，8–13 μm）輻射至外太空；同時，借助光子結構設計實現(xiàn)高太陽光反射，從而有效降低人體溫度�，F(xiàn)有輻射冷卻織物根據(jù)熱管理機制可分為三大類：第一類是透射型織物，通過優(yōu)化人體輻射波段的高紅外透射率，建立高效熱輻射通道以促進皮膚散熱，主要適用于室內(nèi)環(huán)境（圖2c）；第二類是發(fā)射型織物，借助高太陽反射率抑制外部熱量吸收，并利用高中紅外輻射率增強散熱效果（圖2d）；第三類是選擇性透射/發(fā)射型織物，通過精準光譜設計在大氣窗口內(nèi)實現(xiàn)高輻射率，同時在太陽光和非窗口中紅外波段具有高反射率，以實現(xiàn)全天候自適應溫控（圖2e）。值得指出的是，張如范團隊開發(fā)的聚甲醛纖維基多場景適用型輻射制冷材料（Nature Sustainability, 2023, 6, 1446–1454）（圖3a-d）以及集成針織導汗與涂層導熱功能的輻射制冷超織物（ACS Nano, 2025, 19, 1, 826–836）（圖3e-f），是選擇性發(fā)射/透射型織物的典型代表。

圖2. PTM輻射冷卻的基本機制。a)人體皮膚溫度（33 °C）下的理論黑體輻射光譜，b）不同環(huán)境溫度下各散熱途徑對全身熱損失的相對貢獻。c)透射型輻射制冷織物。d)發(fā)射型輻射制冷織物。e)選擇性透射/發(fā)射型織物。

圖3. a)自適應人體輻射冷卻功能的紡織品設計示意圖。b）聚甲醛的FTIR-ATR光譜。c)聚甲醛紡織品照片。d)不同環(huán)境下商業(yè)服裝和聚甲醛織物下皮膚的平均溫度。e)輻射制冷超織物結構示意圖。f)室外環(huán)境下有汗液人體皮膚的實際溫度對比。

輻射冷卻織物的材料設計、性能評價與應用功能集成

輻射冷卻織物的材料設計涵蓋多種制備方法，包括纖維紡絲（熔融/靜電）、功能涂層（浸漬/電噴涂）、自組裝、相分離及3D打印，這些工藝常與表面改性、薄膜復合和多層結構設計協(xié)同，以調(diào)控太陽光反射與熱輻射性能。典型織物結構包括多孔纖維、三維編織、多層復合和仿生光子異質結構，分別通過調(diào)控孔隙與纖維尺寸、構建仿生熱通道、設計折射率梯度及引入周期性納米結構，以實現(xiàn)光學性能、熱舒適性與機械耐久性的協(xié)同優(yōu)化。

性能評價方面，光譜分析通過紫外-可見-近紅外光譜與傅里葉變換紅外光譜分別量化太陽反射率及紅外反射與透射率，并依基爾霍夫定律計算發(fā)射率；熱傳導特性則通過熱導率與熱擴散率表征。理想織物需兼具高太陽反射率與中紅外高發(fā)射率以提升冷卻效能，同時具備高透濕性、透氣性、機械強度與柔韌性以保障穿著舒適與實際應用。輻射與蒸發(fā)冷卻機制的結合，以及疏水、抗污、自清潔等多功能集成，進一步增強了其在戶外熱管理中的實用潛力與可持續(xù)發(fā)展價值。

總結和展望

本綜述系統(tǒng)構建了輻射冷卻功能織物的完整研究框架，涵蓋熱管理理論體系、光譜調(diào)控策略、制備工藝與應用評估方法等核心要素。盡管其物理機理與材料設計已取得顯著進展，該技術邁向商業(yè)化仍面臨多項挑戰(zhàn)，尤其在協(xié)同優(yōu)化透氣性、濕管理、視覺美觀性與熱性能方面亟待突破。未來研究方向應聚焦于材料體系的創(chuàng)新、多功能集成、跨學科應用拓展、環(huán)境可持續(xù)性提升以及與市場實際需求的緊密結合：

色彩與美觀限制：目前輻射冷卻面料多以白色高反光材料為主，視覺單一且易造成光污染，制約其日常穿戴適用性。開發(fā)兼具熱管理性能與視覺美感的彩色輻射冷卻織物，成為推廣的迫切需求。

可穿戴設備的熱舒適性問題：皮膚貼附式健康監(jiān)測器等可穿戴設備在長期使用時易導致熱量積聚與微環(huán)境紊亂，影響舒適性與安全性。集成輻射冷卻技術可有效緩解該問題，為新一代可穿戴設備提供功能-熱管理協(xié)同解決方案。

單向熱管理的適應性局限：輻射冷卻與太陽能加熱雖提供零能耗熱管理方式，但其單向性難以應對多變的氣候條件。發(fā)展能夠根據(jù)環(huán)境實現(xiàn)冷卻與加熱智能切換的雙向熱調(diào)控策略，是提升實用性的關鍵。

環(huán)境可持續(xù)性挑戰(zhàn)：傳統(tǒng)輻射冷卻紡織品多使用不可生物降解材料，易造成環(huán)境污染。推動可再生材料與低碳制造工藝的應用，對于降低全生命周期生態(tài)影響至關重要。

文章信息：

Linan Feng, Kangkang Wang, Aike Xi, Zhenyu Guo, Xinnong Wang, Ya Huang, Zhuojing Zhao, Siming Zhao, and Rufan Zhang*, Wearable Radiative Cooling Fabrics for Personal Thermal Management, Adv. Mater. Technol. 2025, e01351.

https://doi.org/10.1002/admt.202501351