传统的人体热管理（PTM）主要通过主动加热和冷却系统，如制冷机组、空调和热泵，这消耗了大量的化石能源（约占全球建筑总能耗的50%），加剧了全球能源危机，并产生了环境污染问题。利用自然界中取之不尽的辐射热源（太阳，~5800 K）和冷源（外太空，~3 K）进行人体加热和冷却，为实现绿色的人体热管理方式提供了广阔的前景。然而，目前报道的辐射热管理织物主要存在三个缺陷：仅具备单一的辐射加热或冷却功能；使用不可降解的组分作为基体；功能性单一。因此，制备一种同时适用于室内和室外场景中集成辐射加热和冷却功能的环保型热管理织物是必要的。
日前，北京林业大学许凤教授、陈胜副教授团队以人体传热模型为指导，开发了一种集成辐射加热和冷却的多功能热管理织物。该织物由MXene层和醋酸纤维素（CA）层通过静电纺丝的方式复合，具有非对称的光谱特征。织物的MXene层朝外时实现加热保暖，CA层朝外时实现人体降温。因此，在室内（12.6 °C）和室外（19.6 °C）大温差条件下，穿着该织物的皮肤温度变化幅度分别比穿着棉织物的皮肤低7.3和6.8 °C。此外，该织物还具有优异的可穿戴性（透气性和耐洗涤性）、可回收性和生物降解性。模拟计算表明，如果在全国推广该织物，可节省约30%的建筑供暖和制冷能源。相关工作以题为“An Eco-Friendly and Multifunctional Textile Integrating Radiative Heating and Cooling for Large-Temperature-Variation Personal Thermal Management”发表在《Advanced Functional Materials》上。
人体传热模型分析为创制集成辐射加热和冷却的大温差热管理织物提供了两个有价值的指导：(1)应通过结合加热层和冷却层来制备具有非对称光谱特性的织物。（2）加热层必须具有低热发射率和高太阳光吸收率，冷却层应具有高热发射率和低太阳光吸收率。当织物被翻转时，外表面的光谱特性发生变化，可实现辐射加热和冷却的切换。利用Mie理论计算了CA纳米纤维和MXene纳米片在太阳光谱上的散射效率与直径的函数关系，得出纤维直径分布在200-400 nm范围内的纳米纤维能有效地散射太阳光。MXene纳米片边长分布在400-750 nm范围内能有效地吸收太阳光。该织物还具有良好的柔韧性，可规模化制备。MXene层具有较高的太阳光吸收率（89%）和低的中红外发射率（14%），CA层具有较低的太阳吸收率（4%）和较高的中红外发射率（88%）。因此，当MXene层朝外时，织物实现了加热，CA层朝外时，织物实现了冷却。即使室内和室外的温度变化幅度分别达到12.6和19.6 °C，织物显著减小了皮肤温度的变化范围（比在室内和室外穿着传统棉织物低7.3和6.8°C）。建筑能耗模拟表明，如果该织物被居民穿着并在中国推广使用，可节省约30%的建筑采暖和制冷能源。织物也可以在闭环回收过程中实现回收再利用，在土壤中8个月可被完全降解，相较于市售纺织品环境负担更低。该织物具有透气性、耐洗涤性、焦耳加热、电磁屏蔽、抗菌、热稳定和阻燃性等多功能性，优于市售和目前报道的功能性纺织品。这项工作从理论设计、材料选择、织物制备、性能评估和最终产品等方面进行了全过程优化，为热管理织物的辐射加热和辐射冷却不兼容问题提供了解决方案，为实现大温度变化下的人体热管理、创造生态友好型纺织品提供了参考。北京林业大学材料科学与技术学院博士研究生张健康为该论文第一作者，陈胜副教授和许凤教授为共同通讯作者。该研究得到了国家自然科学基金（U22A20422，22378023）、国家重点研发计划（2023YFD22014）、高等学校学科创新引智计划（111项目，B21022）、北京林业大学“5·5工程”科研创新团队项目（BLRC2023B01）和北京市大学生创新与创业计划（S202310022164）等项目的支持。
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