发布时间：2026-08-28
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发布者：Admin
01导语
一件能在日光下让皮肤少吸热的衣料，最难的地方并不只是“白”。它既要把太阳光尽量反射回去，又要把人体和织物中的热量通过中红外大气窗口辐射出去；真正穿在身上时，还要柔软、透气、可洗，并尽量不在使用和报废后留下微塑料或潜在有毒纳米颗粒。
这正是日间辐射制冷纺织品的核心矛盾。高反射性能常依赖多孔合成聚合物、无机纳米颗粒或复杂复合结构；天然材料环境负担更低，却往往受限于散射效率、紫外吸收和结构稳定性。蚕丝本身可降解、亲肤，并具有中红外发射潜力，但天然丝纤维约 10 μm 的尺度并不适合高效散射太阳光，较强紫外吸收也会带来额外热增益。
Nature Sustainability 发表的这项工作提出全蚕丝纳米纺织品 SilkNT。研究者不是给丝绸涂上一层外来冷却材料，而是用再生蚕丝纳米纤维按费马螺旋方式缠绕商用丝纱，再织成微纳分级结构织物。论文显示，SilkNT 的太阳反射率达到 94.8%，大气窗口红外发射率为 96.3%，在人体皮肤场景中比普通丝绸低 4.3 °C；同时，全蚕丝构成避免了合成聚合物和有毒添加剂的引入。
02核心科学问题
如何让天然蚕丝既高反射又低环境负担？问题并不在于蚕丝是否适合做衣料，而在于它能否在不引入外源塑料和纳米颗粒的前提下，获得足够强的太阳散射能力。天然蚕丝已有可降解、生物相容和红外发射优势，但微米级纤维对太阳光的散射效率不足，紫外吸收还会增加热输入。要让蚕丝成为高性能日间辐射制冷织物，关键是把“可持续的单一材料组成”和“高效光学调控结构”同时放进同一纺织体系中。
03本文创新策略
用同质纳米纤维壳层重构丝纱表面
本文把材料功能拆分到不同尺度上：商用丝纱作为力学支撑和织造单元，再生蚕丝纳米纤维作为包覆在表面的散射壳层。费马螺旋缠绕使纳米纤维围绕丝纱形成均匀网络，织成 SilkNT 后，织物表面获得微纳分级结构。
这一设计的关键在于，光学结构来自蚕丝本身，而不是外加的合成聚合物或无机颗粒。纳米纤维尺度接近太阳光波长，有助于提高散射；蚕丝分子振动又提供大气窗口红外发射。由此，材料既能保留丝纱的穿着和力学基础，也把太阳反射、红外辐射、降解和回收纳入同一材料路线。
04实验数据
图1：全蚕丝微纳结构与光学机制
图1首先展示 SilkNT 的制备逻辑：再生蚕丝纳米纤维通过费马螺旋方式包覆商用丝纱，形成 SilkNY，再进一步织造成织物。截面和表面结构表明，纳米纤维不是简单堆积在织物外层，而是围绕丝纱构成连续壳层，为后续太阳散射提供结构基础。
光学证据进一步说明这种结构为什么有效。再生蚕丝在可见-近红外区具有较高折射率，在大气窗口具有明显红外吸收；紫外吸收的一部分还可转化为可见荧光。纳米纤维直径分布峰值约为 474 nm，与太阳光主要波段具有较好的尺度匹配。最终，SilkNT 在 0.3-2.5 μm 范围内实现约 94.8% 太阳反射率，并在大气透明窗口达到 96.3% 红外发射率，说明其冷却能力来自材料本征光学性质与微纳结构的共同作用。
图2：户外模拟皮肤中的日间辐射制冷
图2将材料放到户外热管理场景中验证。研究者构建了模拟皮肤、热电偶、织物覆盖层和环境监测系统，用于比较 SilkNT 与普通丝织物及其他商业织物的降温表现。在无额外加热的测试中，SilkNT 覆盖的模拟皮肤在 10:00-14:00 平均低于环境温度 2.9 °C，而普通丝织物覆盖样品反而高于环境温度约 5.1 °C。
更接近人体热输入的测试中，模拟皮肤以 100 W m−2 的热功率加热。与普通丝绸、醋酸纤维和棉织物相比，SilkNT 使模拟皮肤平均温度分别降低 8.3 °C、9.0 °C 和 8.0 °C；与无遮盖模拟皮肤相比，降温差异达到 18.4 °C。模型计算也显示，在维持 34 °C 舒适皮肤温度时，SilkNT 对额外制冷功率的需求更低，说明其优势并非只来自单一室外曲线，而能在热平衡模型中得到支持。
图3：穿着适用性与人体场景验证
图3把问题从“能不能冷却”推进到“能不能作为衣料使用”。费马螺旋处理后，SilkNY 保留了接近商用丝纱的拉伸行为；SilkNT 的透湿和芯吸表现与商业棉、丝织物处于相近水平。经乙醇处理后，SilkNT 在一次 40 °C、20 min 洗涤后太阳反射率几乎保持不变，延长洗涤 5 h 后仍保留初始反射率的约 95%。
人体场景中，研究者将 SilkNT 拼接进商业丝质 T 恤，并使两部分厚度一致。在志愿者日光照射测试中，SilkNT 覆盖区域的皮肤温度比普通丝绸覆盖区域低约 4.3 °C；红外热像也显示，SilkNT 区域表面温度低于相邻丝绸区域。该图还通过城市开放环境模型提示：当周围地面和建筑因强日照升温时，SilkNT 的净辐射冷却功率会下降，但在 800 W m−2 太阳辐照条件下仍保持 97.2 W m−2 的模型冷却功率。
图4：降解、回收和生命周期影响
图4处理的是这篇论文最重要的边界问题：材料在使用后怎样结束生命周期。SilkNT 在 Pronase E 溶液中降解 365 天后，质量损失约 32% ± 2%，表面再生蚕丝纳米纤维壳层明显消失；土壤降解实验也显示其相较 PVDF-HFP、PE、PTFE 和尼龙织物更容易发生降解。由于体系全部由蚕丝构成，回收过程中不需要先分离外来颗粒或聚合物，论文给出的回收率约为 95%。
研究者还考虑到降解可能产生微米或纳米尺度 SilkNT 碎片，进一步开展细胞相容性测试。SilkNT 碎片组与空白培养基对照组的细胞增殖趋势相近，未显示明显细胞毒性。生命周期评价结果表明，在文中设定的从制备、使用到末端处理的边界内，SilkNT 相比纳米颗粒涂覆或嵌入型降温织物具有更低的环境影响，尤其减少了与外源纳米颗粒和合成聚合物相关的健康与末端处理负担。