1研究背景

在现代生活中，服装不仅承担遮蔽功能，更是人体与外界环境之间的“气候调节器”。人体舒适的微气候区间通常为32±1°C、相对湿度50±10%，然而在日常通勤、环境突变（如室内外温差转换）等情境下，这一平衡易被打破，导致冷热刺激甚至健康隐患。近年来，随着健康意识的提升与智能纺织品的兴起，兼具主动热调节、湿气管理与耐久性能的功能服装受到广泛关注。相比传统相变材料存在漏液或机械脆弱等问题，如何构建一款兼具热管理、湿度传输、高强韧性与水洗耐久性的纤维织物，成为智能穿戴材料领域的重大挑战。

2本文要点

1. 多层次结构工程，构筑高强韧PU基体。通过引入EtOH调控分子链聚集行为、构建氢键交联网络，结合分子动力学模拟，作者显著改善了聚氨酯（PU）分子的链迁移性与取向能力，为高强度电纺纤维提供基础。

2. 双功能纳米粒子掺杂，实现热调控与导湿双重功能。在PU基体中分别引入相变纳米胶囊（PCN）与氮化硼（BN）纳米片，构建“储热-导热”双层Janus结构纤维膜（Bi-DTF），热响应时间快、储能密度高（4.1 kJ/m²）、导热性优异。

3. 优异的耐久与动态舒适性能，适配多场景穿戴需求。该织物展现出出色的力学强度（12.7 MPa）、耐磨（500次摩擦损耗<5%）、可水洗（50次洗涤无显著性能衰减）与方向性水分传输能力，有效应对人体在冷热切换环境下的湿热调控需求。

图1. Bi-DTF结构设计的原理，包括氢键网络构建、MD模拟与双层结构示意

图2. EtOH调控下纳米粒子分散、电纺成型过程及PU结构表征

图3. Bi-DTF在拉伸、疲劳、剥离、摩擦与水洗测试中的卓越机械性能

图4. Bi-DTF在不同温湿环境下的动态调控性能表现优于市售面料

3

研究结论

本研究通过层次结构设计策略与分子调控手段，成功构建出一种兼具双向热调控与强韧性的智能织物Bi-DTF。该织物利用高度有序的氢键网络与纳米粒子分布控制，结合电纺成型技术，实现了优异的机械性能、热响应能力与湿度管理功能。在冷热环境切换实验中，Bi-DTF展现出显著优于商用面料的温度稳定性，最大温差仅2.3~2.6 °C。同时，该材料在连续使用、洗涤与摩擦条件下仍能保持稳定的能量储存与传热性能，展现出良好的实际应用前景。此项成果为可穿戴智能服装、医疗护理和户外功能纺织品的发展提供了新路径。

4

文章信息

Yanyan Lin, Chengran Qu, Xueqin Li, Chengfeng Ding, Xianfeng Wang* , Jianyong Yu, Bin Ding*. Sustainable Bi-directional thermoregulation fabric for clothing microclimate. Nature Communications, 16:6735 (2025). 

https://doi.org/10.1038/s41467-025-62049-6

链接地址：https://mp.weixin.qq.com/s/sJyKjpyDvQSFgmNd2tVlNg