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  近日，陜西科技大學(xué)生物質(zhì)與功能材料研究所王學(xué)川、劉新華團(tuán)隊(duì)報(bào)道了一種兼具輻射冷卻與能量收集功能的天然皮膚基可穿戴材料（HSP-skin）。基于微納顆粒的特殊結(jié)構(gòu)與尺寸效應(yīng)，HSP-skin展現(xiàn)出優(yōu)異的光學(xué)性能，在亞環(huán)境及多種實(shí)際應(yīng)用場景中均表現(xiàn)出卓越的輻射冷卻性能。值得注意的是，HSP-skin內(nèi)部豐富的正電荷基團(tuán)賦予其高效的摩擦發(fā)電性能，使其能夠在實(shí)時(shí)監(jiān)測人體運(yùn)動及生理信號的同時(shí)，收集并轉(zhuǎn)化機(jī)械能。該研究不僅為下一代多功能可穿戴系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供了全新思路，也為生物質(zhì)基材料的高附加值利用開辟了新路徑。

  2025年11月17日，相關(guān)研究成果以“Interfacial Molecular Welding of Halloysite Nanotubes with Natural Skin Matrix toward Biomimetic Wearable Platforms for  Advanced Radiative Cooling and Energy Harvesting”為題發(fā)表在Advanced Functional Materials上。陜西科技大學(xué)博士生謝龍為本論文第一作者。

圖1 HSP-skin的設(shè)計(jì)、工作原理及主要應(yīng)用

  傳統(tǒng)輻射冷卻材料內(nèi)部物理與化學(xué)作用有限，導(dǎo)致各組分間結(jié)合力較弱、界面穩(wěn)定性不足，在摩擦、水洗等外力作用下易發(fā)生性能衰減，嚴(yán)重制約了其長期使用的可靠性；同時(shí)，功能較為單一，無法滿足日益增長的智能化應(yīng)用需求。因此，開發(fā)兼具高耐久性、優(yōu)異穩(wěn)定性與多功能集成特性的輻射冷卻材料，對于拓展其實(shí)際應(yīng)用價(jià)值具有重要意義。基于此，本研究從人體-織物-環(huán)境三元熱傳遞系統(tǒng)出發(fā)，以天然皮膚為基底，通過物理共混將HNTs與納米ZrO₂填充至天然皮膚內(nèi)部，以提升材料對太陽光的反射性能；隨后通過原位聚合在纖維表面引入納米SiO₂，進(jìn)一步增強(qiáng)材料發(fā)射率并構(gòu)建微納粗糙結(jié)構(gòu)；最后采用噴涂工藝在表面形成PDMS涂層，協(xié)同提高中紅外波段發(fā)射率并實(shí)現(xiàn)疏水功能。得益于埃洛石納米管（HNTs）獨(dú)特的中空結(jié)構(gòu)及各功能組分的協(xié)同作用，該材料表現(xiàn)出93.4%的太陽光反射率和94.2%的中紅外發(fā)射率，日間凈輻射冷卻功率達(dá)88.7 W/m²。

  值得注意的是，除輻射冷卻性能外，材料內(nèi)部豐富的正電荷基團(tuán)還賦予其摩擦發(fā)電潛力，功率密度高達(dá)8.68 W/m²，可在實(shí)時(shí)監(jiān)測人體運(yùn)動及生理信號的同時(shí)收集并轉(zhuǎn)化機(jī)械能。此外，HSP-skin還兼具良好的透氣透濕性、疏水性、隔熱性及阻燃性，顯著提升了使用者的穿著舒適度與安全性。水洗攪拌、摩擦及紫外線照射實(shí)驗(yàn)也進(jìn)一步證時(shí)了該材料優(yōu)異的性能穩(wěn)定性。這一具有良好生物相容性的可穿戴平臺，成功將輻射熱管理、自供電能力與智能傳感功能融為一體，為開發(fā)新一代自適應(yīng)人機(jī)界面與高能效可穿戴電子設(shè)備提供了新思路。

圖2 HSP-skin的光學(xué)性能

圖3 HSP-skin的亞環(huán)境輻射冷卻性能

圖4 HSP-skin的自供電性能

圖5 HSP-skin在實(shí)際應(yīng)用中的輻射冷卻性能

  感謝國家自然科學(xué)基金（2207081675、22278257、22308209），陜西重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目（2024SF-YBXM-586），陜西省創(chuàng)新能力支撐計(jì)劃項(xiàng)目（2024ZC-KJXX-005）等對本工作的大力支持！

  原文鏈接：http://doi.org/10.1002/adfm.202513308