研究背景

       近年来，随着全民健身热潮的兴起，人们在运动过程中对舒适性的关注度显著提升。然而，在夏季户外运动时，鞋内环境往往面临严峻的高温高湿挑战，这种持续的湿热环境不仅加速足部疲劳，还会导致塑料鞋底材料软化，增加安全风险。当前辐射制冷纺织品虽可反射太阳辐射、发射中红外辐射实现人体降温，但普遍存在制备复杂、生物安全隐患、力学性能不足等问题，且难以将辐射制冷、定向导水、轻量化、机械强度集成于单一鞋面材料，在运动动态湿热场景下的稳定应用仍面临巨大挑战。

科研发现

       近日，我院翟文涛教授团队依托团队前期研究基础发开超临界增强发泡纤维规模化制备策略，结合三维针织技术构筑各向异性光散射多模态超冷多孔纺织品（RFTT），成功实现运动场景下辐射制冷、湿热管理、力学防护的协同融合。相关论文以“Multimodal Super-Cooling Porous Textiles With Anisotropic Light Scattering for the Dynamic Hygrothermal Comfort Management in Sports Scenarios”为题，发表在Advanced Materials上。

       本研究采用同轴共挤微挤出发泡技术，以 CO₂为绿色物理发泡剂，在 TPU 挤出过程中引入连续 PET 增强纱，制备出核壳分级多孔结构的增强发泡纤维，增强芯丝引入形成轴向取向孔道，为各向异性散射奠定结构基础。团队仿生人体皮肤散热机制，通过三维针织技术将增强发泡纤维与高导湿五角星发泡纤维交织，形成 “辐射制冷 + 蒸发散热 + 定向导湿 + 缓冲防护” 的多模态散热体系。

图1. （a-c）同轴共挤微挤出发泡技术制备策略示意图；（d）分级多孔散射机制；（e-g）RFTT的多模态降温作用机制。

       研究结合实验与模拟，首次系统揭示孔隙形貌、分布及界面效应对光散射的调控机制，阐明各向异性散射在辐射制冷中的核心作用：RFTT 的分级多孔结构形成多重折射界面，延长光程，实现可见光 - 近红外波段强各向异性散射，无需额外涂层与功能粒子，即可达成99.4% 太阳反射率、98.9% 中红外发射率。性能测试显示，RFTT 日间净辐射制冷功率达153.2 W m⁻²，夜间达174.5 W m⁻²，户外实测平均温度较棉织物低 7.6℃、较 PET 织物低 6.3℃，制冷性能远超现有报道辐射制冷纺织品。

图2. RFTT的孔隙形貌、分布及界面效应对光散射的调控机制。

       同时，五角星发泡纤维的纵向沟槽构建高效导湿通道，Z 轴纤维形成垂直导湿通路，实现汗液定向快速传输与蒸发，织物透气率、透湿性显著优于 PET 面料，可快速排出鞋内湿热蒸汽。力学与防护性能上，PET 增强丝赋予纤维 “钢筋混凝土” 式核壳结构，三维针织结构与内部多孔结构协同，实现应力分散与能量吸收，兼具优异抗弯折、耐磨、耐水洗性能，满足鞋面长期动态使用需求。户外实跑测试验证，RFTT 作为鞋面材料，可有效调控鞋内温湿度，运动全程鞋内温度显著低于普通 PET 鞋面，快速消散代谢热与摩擦热，同时提供高效缓冲防护，大幅提升运动舒适感与安全性。

图3. RFTT的运动状态实测，动态湿热管理验证。

总结

       该研究中，中山大学one游戏皇马赞助为论文第一完成单位。我院翟文涛教授为通讯作者，2023级博士研究生王俞舒为论文第一作者。该工作得到国家自然科学基金、广东省重点领域研发计划等项目的支持。

文章链接： https://doi.org/10.1002/adma.73122

初审：袁湛楠

审核：田雪林、许俊卿

审核发布：李伯军