联合国政府间气候变化专门委员会（IPCC）指出，自前工业时代以来，由燃烧化石燃料驱动的人类活动已导致全球地表温度上升超过1.1 ℃。全球变暖的加剧显著提升了人类暴露于热应激环境的风险。尽管仿生蒸发冷却机制被视为提升人体户外热管理效率的关键途径，但传统织物受限于结构设计与传热性能，易导致汗水滞留，进而加重皮肤热负荷，制约了微环境舒适度调节目标的实现。
近期，东华大学覃小红教授团队在Advanced Fiber Materials上发表了题为“Core-shell yarn woven metafabric: Integrated autonomous sweat transport and radiative-perspirative cooling”的研究成果。该研究受植物蒸腾作用启发，采用醋酸纤维素（CA）@氧化铝（Al2O3）静电纺纳米纤维与棉纤维复合，制备出智能芯鞘纱（SCSY），并进一步织造成织物。通过单面等离子体处理，开发出一种具备单向汗液传输和冷却性能的超织物。该芯鞘纱线基超织物实现了汗液的定向传输，并通过蒸发、热传导及热辐射三种机制的协同作用，实现自主降温，为提升个人热湿管理纺织品的蒸发速率和冷却效率提供了新思路。
图1显示，超织物在水分管理与冷却性能方面表现优异。经单面等离子体处理后，织物沿厚度方向形成润湿梯度，实现汗液定向传输。静电纺纳米纤维中引入Al2O3后，棉织物的导热性能提升，提高了汗液冷却的速度。其蒸发速率高达0.41 g/h，居现有服用棉织物前列，这是由于毛细效应扩大的蒸发面积增加与提升的传热效率共同作用的结果。凭借这一综合优势，该超织物为个人热湿舒适功能纺织品提供了重要参考。
图1 超织物的结构与性能
图2展示了超织物的制备流程与性能表征。SEM图像显示，静电纺纳米纤维均匀包覆棉纱，形成芯鞘结构。尽管外层CA纳米纤维的断裂强度较低，使SCSY的断裂强度下降，但剥离测试表明，断纱后仍有0.18～0.64 N的残余载荷，来源于芯鞘层间的界面摩擦，从而保证了SCSY结构稳定。FTIR与XRD谱图进一步证实CA@ Al2O3纳米纤维已成功包覆于棉纤维表面。
图2 超织物的制备及表征
图3a-b的光学图像和水接触角（WCA）显示，超织物内层疏水、外层亲水，这是超织物具有优秀的单向水传输性能的重要原因之一。图3h进一步演示：液滴先在内层润湿，随后沿厚度方向传输并克服重力；当液滴抵达棉纱与外层亲水纳米纤维的界面时，因纤维直径骤减产生的毛细力（CF）将其迅速拉出芯层并在外表面铺展成膜。图3i-k的蒸发测试表明，超织物的蒸发速率高达0.41 g/h，远超普通棉织物。
图3 汗液单向传输和超织物的蒸发性能
图4显超织物在室内条件下的导热－蒸发性能。添加Al2O3提高了棉织物的导热系数，使热量更快传递至超织物表面，加速水分蒸发。与干态相比，湿润超织物表面温度降低10.5 ℃，蒸发冷却效果显著。
图4 超织物的室内导热蒸发性能
图5的户外实验进一步评估超织物在实际出汗场景下的降温效果。模拟人体出汗时，覆盖湿润超织物的皮肤温度比裸露皮肤低13.2 ℃；与干态相比，湿态超织物额外降温3.5 ℃。凭借单向导湿与快速蒸发，超织物覆盖区域的温度比棉织物低约7 ℃，显著缓解户外热应激。
图5 超织物的户外实际应用性能
来源：Advanced Fiber Materials
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