保持人体及其居住环境的热舒适度是当今人类面临的普遍需求。然而，当前普遍采用的压缩式制冷系统（如空调）和电加热系统，约需消耗全球35%的能源以维持舒适温度。这些系统也会使用消耗臭氧层或具有强烈温室效应的冷却剂。因此，开发安全、可持续的技术以减少依赖化石燃料所带来的碳排放，已被视为一项必要且紧迫的任务。当前，太阳能加热和辐射制冷日益成为一种不依赖额外能源消耗的可持续热管理技术。然而，现有技术在应对多变的天气条件时功能相对单一，实现双向调节供暖和制冷的需求仍面临挑战。
图1. 用于热管理的温度自适应双模态光子织物的示意图。
近日，清华大学曲良体教授团队开发了一种温度自适应智能织物（SF），该织物负载了还原氧化石墨烯封装的热致变色微胶囊（G-TM）和硫酸钡纳米颗粒。在低温环境下，SF呈现黑色并表现出高的可见光吸收率以吸收太阳能进行加热。在高温下转变为白色，反射太阳光实现辐射制冷（图1）。这种温度自适应材料易于通过喷涂进行大面积制备，为 SF 在各种人体和环境热管理方面的广泛应用拓宽了道路。为了验证 SF 在实际场景中的热管理能力和可扩展性，该团队使用临界温度为 25 oC 的 SF 作为基材，制备了适应真实环境的服装和帐篷。实际户外测试表明，SF制备的服装和帐篷可将人体热舒适温度调控范围扩大约 8.5 oC，展示了该功能材料与织物的实用性。该工作以“Temperature-adaptive dual-modal photonic textiles for thermal management”为题发表在国际著名期刊《Science advances》上（DOI: 10.1126/sciadv.adr2062）。清华大学博士生朱凯旋，姚厚泽与宋佳珈是论文的共同第一作者。
前驱体溶液能够通过喷涂工艺涂覆于无纺布、金属、纸张和木材等多种基材（图2）。负载后的智能材料可根据环境温度自动调节热致变色微胶囊的黑白状态，实现光热转换和辐射制冷功能的自动转换。而且，热致变色临界温度可通过调节热致变色胶囊中的结晶紫内酯、双酚 A 和 1-十四醇的比例来设定，满足了多种场景的应用需求。另外，该团队通过对 SF进行了长达 60 天的紫外线照射测试，结果显示其光学性能没有明显降低，这展示了SF良好的抗紫外线能力（图3）。
该团队通过喷涂工艺制备了大面积的SF（0.8 m × 10 m）。以SF 作为基材，该团队设计并开发了全天候热舒适服装和帐篷（尺寸：3.5 m × 2.9 m × 1.3 m），为人体和生活环境提供了 19° 至 28°C 的热舒适环境范围，这表明纺织服装和帐篷能够进行温度自适应、全天候的热管理（图4）。SF 的易于制备、可扩展性和出色的热管理优势在与人体和生活环境的热管理相关的应用中显示出巨大的潜力。该成果得到了国家自然科学基金委、清华大学恒隆房地产研究中心以及清华-佛山创新专项基金的财政支持。
论文链接：
https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adr2062
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