近日,中国矿业大学职业健康研究院何新建教授/徐欢副教授团队在期刊《ACS Applied Materials & Interfaces》,发表了最新研究成果“Stereocomplexation-Enhanced Biomimetic Janus Poly(Lactic Acid) Metafabric for High-Power Passive Personal Cooling”。 中国矿业大学为第一署名单位,论文第一作者为安全工程学院博士生李佳琪,通讯作者为何新建教授、徐欢副教授。该研究围绕高温环境下个体热管理需求,构建了一种兼具辐射冷却与汗液定向传输能力的仿生 Janus 聚乳酸超织物,在可持续个人降温纺织品方向取得了新进展。

Janus 聚乳酸超织物以“仿植物蒸腾”为基本思想,将亲水的 SCPLA/SiO₂ 纳米纤维层与疏水的 PLA微米纤维基底进行复合,形成由内向外的定向导汗通道。该设计既能减少汗液在皮肤侧滞留,又能借助外层蒸发实现额外散热,使材料同时具备辐射冷却、蒸发冷却和穿着舒适性,为高温作业和户外个体防护提供了新的材料设计思路。

在材料构筑上,研究团队通过PLLA 与 PDLA 分子链立构复合提升聚乳酸基体的结构稳定性和中红外发射率,并引入尺寸优化的 SiO₂ 纳米散射体增强太阳光散射能力。分子结构调控与微纳纤维形貌设计协同作用,使该材料不仅保持了优异的柔韧性和机械稳定性,还具备良好的透气透湿性能,为后续冷却性能的发挥奠定了基础。

相较于普通疏水纤维膜容易导致汗液滞留,这种 Janus 超织物依靠孔径梯度和润湿性梯度协同驱动,可实现快速、定向的汗液传输。实验显示,其汗液传输时间小于 21 s,能够将皮肤表面的液体迅速输送至外层并扩散蒸发。

该超织物表现出优异的光谱选择性:太阳反射率达到 94.2%,中红外发射率达到 93.3%。这意味着材料能够尽可能减少太阳热输入,同时通过大气窗口高效向外辐射热量。进一步来看,立构复合增强了分子链在中红外区域的振动吸收,而纳米尺度的 SiO₂ 散射体和纤维结构则提升了对太阳光的散射反射能力,两者共同实现了高效辐射冷却。

在户外太阳直射条件下,该 Janus 聚乳酸超织物展现出显著的实际降温能力:相较裸皮肤最高可降温 12.1 ℃,相较棉织物最高可降温 7.2 ℃。在模拟出汗条件下,汗液定向传输与蒸发冷却还能进一步带来 7.6 ℃ 的额外降温效果。也就是说,这种材料不仅在实验室光谱数据上表现突出,更在真实环境中体现出面向个人热管理应用的潜力。

此项研究以可降解聚乳酸为基础,融合仿生启发、分子立构调控和 Janus 结构设计,实现了辐射冷却与蒸发冷却的有效协同,为高温环境下个人热管理纺织品开发提供了兼具性能与可持续性的解决方案。该成果不仅拓展了聚乳酸纤维材料在功能防护领域的应用边界,也为智能防护纺织品和极端环境个体防护材料的发展提供了新的研究思路。