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  閃蒸紡聚乙烯（PE）非織造布具有卓越的抗拉強度和耐磨性，但缺乏固有的輻射冷卻和抗菌特性，這限制了其在高溫和生物要求嚴苛環(huán)境中的應(yīng)用。研究人員開發(fā)了一種多功能聚乙烯非織造布（PE-MSZ），通過共輻射接枝方法將γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷（MAPS）接枝到PE纖維上，然后原位層層沉積二氧化硅（SiO₂）與沸石咪唑酯框架-8 （ZIF-8）涂層，實現(xiàn)了被動輻射制冷與光催化抗菌功能的集成。這種分級微納米結(jié)構(gòu)賦予PE-MSZ高太陽光反射率（90.8%）和強中紅外發(fā)射率（93.5%），使其在陽光直射下較傳統(tǒng)PE降溫約4.5℃。此外，PE-MSZ展現(xiàn)出卓越的光催化抗菌效能，在模擬太陽輻射條件下120分鐘內(nèi)可實現(xiàn)大腸桿菌和枯草芽孢桿菌99.9%的抗菌率。該改性非織造布同時保持高抗拉強度（28.1MPa）、優(yōu)異耐磨性、良好耐洗性和透氣性，將卓越的輻射冷卻與抗菌功能相結(jié)合，展現(xiàn)出在可穿戴設(shè)備、建筑集成及新一代多功能紡織品領(lǐng)域的巨大應(yīng)用潛力。

  2025年12月31日，相關(guān)工作以"Multifunctional Polyethylene Fiber Materials with Passive Radiative Cooling and Photocatalytic Antibacterial Properties "為題發(fā)表在《Advanced Functional Materials》上。文章第一作者為翟亞領(lǐng)，文章通訊作者為賈超副研究員，王明磊副研究員和朱美芳教授。東華大學材料科學與工程學院，先進纖維材料全國重點實驗室為文章通訊單位。

  閃蒸紡聚乙烯（PE）纖維因其卓越的抗拉強度、耐磨性及阻隔性能，被廣泛應(yīng)用于防護服和工業(yè)領(lǐng)域。然而，盡管傳統(tǒng)PE非織造布具有出色的機械強度和化學穩(wěn)定性，但通常其中紅外透射率低且缺乏抗菌功能，這限制了其在高溫環(huán)境或衛(wèi)生敏感場景中的應(yīng)用，例如戶外工作服、醫(yī)療防護裝備及建筑圍護結(jié)構(gòu)。因此，開發(fā)兼具機械耐久性、輻射制冷與抗菌特性的多功能聚乙烯基非織造布，對于提高舒適度、安全性及能源效率具有重要意義。

  他們設(shè)計了一種多功能聚乙烯非織造布（PE-MSZ），通過在γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷（MAPS）修飾的PE纖維上原位層層自組裝SiO₂和ZIF-8涂層，集成了輻射制冷和光催化抗菌功能（圖1）。所得的PE-MSZ非織造布展現(xiàn)出高太陽反射率（90.8%）和中紅外輻射率（93.5%），在直接陽光照射下相較于傳統(tǒng)PE非織造布具有約4.5°C的戶外降溫效果。此外，它們還表現(xiàn)出高效的光催化抗菌活性，在模擬陽光下對大腸桿菌（E. coli）和枯草芽孢桿菌（B. subtilis）實現(xiàn)了99.9%的抗菌效率，同時保持了優(yōu)異的抗拉強度、耐磨性、耐洗滌性和透氣性。本研究提出了一種將輻射制冷與光催化抗菌功能相結(jié)合的協(xié)同策略，為下一代PE基紡織品在個人熱管理和公共衛(wèi)生保護方面提供了有前景的路徑。

圖1. PE-MSZ非織造布的結(jié)構(gòu)與性能

結(jié)果與討論

（1）PE-MSZ非織造布的微觀形貌與結(jié)構(gòu)

  SEM、XRD、FTIR、XPS結(jié)果分析都表明了SiO₂與ZIF-8涂層在PE纖維表面的均勻原位沉積。進一步通過密度泛函理論計算得到Si-OH網(wǎng)絡(luò)與Zn²⁺之間具有更高的結(jié)合能�；诜肿用芏�Hirshfeld劃分的獨立梯度模型（IGMH）對優(yōu)化后的Si-OH網(wǎng)絡(luò)與Zn²⁺之間的相互作用進行可視化分析表明，它們之間存在強吸引作用（配位作用、離子-偶極作用）和范德華力作用。綜上所述，PE-MS通過Si-OH與Zn²⁺之間存在的共價鍵作用（Si-O-Zn鍵）和強吸引作用，使得ZIF-8涂層沿著纖維表面原位生長。

圖2. PE-MSZ非織造布的微觀形貌與結(jié)構(gòu)

（2）PE-MSZ非織造布的輻射制冷性能

  PE-MSZ非織造布展現(xiàn)出卓越的全天被動輻射制冷性能，白天和夜間平均降溫幅度分別達到約2.9℃和6.8℃。在太陽輻射強度約為730 W m^-2時，PE-MSZ非織造布相較原始PE非織造布可降低約4.5℃，相較Tyvek材料可降低約1.8℃，展現(xiàn)出在戶外熱管理應(yīng)用中的巨大潛力。

圖3. PE-MSZ非織造布的輻射制冷性能

（3）PE-MSZ非織造布的抗菌性能

  文章研究了PE-MSZ非織造布對大腸桿菌和枯草芽孢桿菌的光催化抗菌活性，經(jīng)過120分鐘模擬太陽光照射后，PE-MSZ非織造布完全抑制了大腸桿菌與枯草芽孢桿菌的生長，實現(xiàn)99.9%的抗菌率。

圖4. PE-MSZ非織造布的抗菌性能

（4）PE-MSZ非織造布的耐磨、洗滌穩(wěn)定性和力學性能

  進一步評估了PE-MSZ的耐磨與洗滌穩(wěn)定性，在耐磨500次循環(huán)和洗滌5次循環(huán)后，PE-MSZ仍表現(xiàn)出較高的光學性能和光催化抗菌性能。PE-MSZ非織造布在X方向和Y方向上具有28.1 MPa和25.2 MPa的拉伸強度。

圖5. PE-MSZ非織造布的耐磨性能與力學性能

（5）多場景制冷性能與能源節(jié)約潛力

  PE-MSZ非織造布展現(xiàn)出卓越的多功能性能，使其能夠應(yīng)用于各種現(xiàn)實場景。建筑能耗分析結(jié)果表明，PE-MSZ非織造布相較于建筑圍護結(jié)構(gòu)材料節(jié)約能耗最高達42.8%。

圖6. PE-MSZ非織造布的多場景制冷性能與能源節(jié)約潛力

  總之，他們成功開發(fā)了一種新型聚乙烯非織造布（PE-MSZ），通過將輻射制冷與光催化抗菌功能有機結(jié)合，實現(xiàn)了優(yōu)異的綜合性能。該多功能特性是通過在纖維表面原位逐層沉積SiO₂和ZIF-8涂層構(gòu)建的。所得PE-MSZ非織造布表現(xiàn)出高達90.8%的太陽光反射率、93.5%的強-中紅外發(fā)射率以及99.9%的優(yōu)異抗菌效率。同時，該材料展現(xiàn)出顯著的輻射制冷能力，白天平均降溫2.9°C，夜間降溫幅度可達6.8°C。

  在實際測試條件下，PE-MSZ非織造布覆蓋下的皮膚溫度較棉布降低了2.8°C，顯示出顯著的個體熱調(diào)控效果。此外，在與商業(yè)化汽車遮陽膜、屋頂隔熱膜以及聚乙烯基產(chǎn)品Tyvek材料的對比研究中，PE-MSZ非織造布表現(xiàn)出更為優(yōu)越的輻射制冷性能。值得注意的是，即便經(jīng)過500次磨損循環(huán)和5次洗滌循環(huán)處理，該改性非織造布仍能保持穩(wěn)定的光學性能和高效的抗菌活性，充分證明了其優(yōu)異的機械耐久性與功能穩(wěn)定性�；谄鋬�(yōu)異的光學響應(yīng)、良好的機械強度以及持久的光催化抗菌性能，PE-MSZ非織造布在建筑集成熱管理、個人熱舒適調(diào)控及生物安全防護等領(lǐng)域展現(xiàn)出廣闊的應(yīng)用前景。

  原文鏈接：https://doi.org/10.1002/adfm.202529127