近日，陕西科技大学生物质与功能材料研究所王学川、刘新华团队报道了一种兼具辐射冷却与能量收集功能的天然皮肤基可穿戴材料（HSP-skin）。基于微纳颗粒的特殊结构与尺寸效应，HSP-skin展现出优异的光学性能，在亚环境及多种实际应用场景中均表现出卓越的辐射冷却性能。值得注意的是，HSP-skin内部丰富的正电荷基团赋予其高效的摩擦发电性能，使其能够在实时监测人体运动及生理信号的同时，收集并转化机械能。该研究不仅为下一代多功能可穿戴系统的设计提供了全新思路，也为生物质基材料的高附加值利用开辟了新路径。
2025年11月17日，相关研究成果以“Interfacial Molecular Welding of Halloysite Nanotubes with Natural Skin Matrix toward Biomimetic Wearable Platforms for Advanced Radiative Cooling and Energy Harvesting”为题发表在Advanced Functional Materials上。陕西科技大学博士生谢龙为本论文第一作者。
图1 HSP-skin的设计、工作原理及主要应用
传统辐射冷却材料内部物理与化学作用有限，导致各组分间结合力较弱、界面稳定性不足，在摩擦、水洗等外力作用下易发生性能衰减，严重制约了其长期使用的可靠性；同时，功能较为单一，无法满足日益增长的智能化应用需求。因此，开发兼具高耐久性、优异稳定性与多功能集成特性的辐射冷却材料，对于拓展其实际应用价值具有重要意义。基于此，本研究从人体-织物-环境三元热传递系统出发，以天然皮肤为基底，通过物理共混将HNTs与纳米ZrO2填充至天然皮肤内部，以提升材料对太阳光的反射性能；随后通过原位聚合在纤维表面引入纳米SiO2，进一步增强材料发射率并构建微纳粗糙结构；最后采用喷涂工艺在表面形成PDMS涂层，协同提高中红外波段发射率并实现疏水功能。得益于埃洛石纳米管（HNTs）独特的中空结构及各功能组分的协同作用，该材料表现出93.4%的太阳光反射率和94.2%的中红外发射率，日间净辐射冷却功率达88.7 W/m2。
值得注意的是，除辐射冷却性能外，材料内部丰富的正电荷基团还赋予其摩擦发电潜力，功率密度高达8.68 W/m2，可在实时监测人体运动及生理信号的同时收集并转化机械能。此外，HSP-skin还兼具良好的透气透湿性、疏水性、隔热性及阻燃性，显著提升了使用者的穿着舒适度与安全性。水洗搅拌、摩擦及紫外线照射实验也进一步证时了该材料优异的性能稳定性。这一具有良好生物相容性的可穿戴平台，成功将辐射热管理、自供电能力与智能传感功能融为一体，为开发新一代自适应人机界面与高能效可穿戴电子设备提供了新思路。
图2 HSP-skin的光学性能
图3 HSP-skin的亚环境辐射冷却性能
图4 HSP-skin在实际应用中的辐射冷却性能
感谢国家自然科学基金（2207081675、22278257、22308209），陕西重点研发计划项目（2024SF-YBXM-586），陕西省创新能力支撑计划项目（2024ZC-KJXX-005）等对本工作的大力支持！
图文转载自【中国聚合物网】:http://www.polymer.cn/