一种基于水性涂料处理技术的多功能被动日间辐射冷却织物，用于个人热管理

《Materials Today Energy》：An aqueous paint processing-based multifunctional passive daytime radiative cooling fabric for personal thermal management

被动式日间辐射冷却（PDRC）涂层棉织物通过水基聚氨酯与氧化锆纳米颗粒复合涂覆实现，具备93.6%太阳能反射率和94.5%近红外窗口发射率，显著降低人体表面温度（最高5.3°C），同时兼具环保性、自清洁、耐候及透气性，为高温环境下的个人热管理提供高效解决方案。

　　随着全球变暖导致的气温上升，人类日常生活的热管理面临着前所未有的挑战。近年来，被动式日间辐射冷却（Passive Daytime Radiative Cooling, PDRC）技术作为一种零能耗的解决方案，逐渐受到关注。PDRC技术主要通过反射太阳光并有效地将热量辐射至寒冷的外层空间，从而实现降温。然而，在将该技术应用于可穿戴织物时，仍然存在诸多难题，包括材料的可持续性、制造工艺的复杂性以及织物的可穿戴性等。因此，开发一种既环保又高效、同时具备良好性能的可穿戴织物成为迫切需求。

本文提出了一种新型的环保型涂覆棉织物（Coated Cotton Fabric, CCF），通过浸渍法在棉织物基材上涂覆一种由水性聚氨酯（Water-Based Polyurethane, WPU）和二氧化锆纳米颗粒（Zirconia Nanoparticles, ZrO? NPs）组成的PDRC涂层。这种涂层不仅提高了织物的太阳光反射率，还增强了其在大气透明窗口（8–13 μm）范围内的热辐射能力。实验数据显示，该涂覆棉织物的太阳光反射率达到93.6%，在大气透明窗口范围内的热辐射效率达到94.5%，从而显著降低了环境热量的吸收。

在实际测试中，当暴露在850 W/m2的太阳辐射下时，CCF覆盖的人类皮肤表面温度比普通聚酯织物降低了5.3 °C。这表明CCF在热管理方面具有显著优势。此外，与市面上的商用冷却织物相比，CCF在温度调节方面表现更优，提供了75.2 W/m2的冷却功率。这一性能不仅优于传统材料，还为实现高效的个人热管理提供了新的思路。

CCF在实际应用中还展现出良好的耐久性，包括自清洁能力、良好的洗涤性能以及优异的紫外线老化抵抗能力。同时，该织物在化学稳定性方面表现突出，能够抵抗酸碱等常见化学物质的侵蚀。在机械性能上，CCF具有良好的柔韧性和透气性，这使得其在实际穿着中更加舒适和实用。此外，CCF在空气和水分渗透性方面也表现出色，能够在保持织物结构稳定的同时，促进空气流通和汗水蒸发，从而进一步提升人体的舒适度。

与现有的PDRC材料相比，CCF的优势在于其对常见织物（如棉）的适用性以及制造工艺的简化。许多现有的PDRC材料需要复杂的多层结构设计和特殊的制备过程，这不仅增加了生产成本，还限制了其在实际中的应用。而CCF采用的是较为简单的浸渍法，使得其在大规模生产中更具可行性。同时，由于其主要成分是水性聚氨酯和二氧化锆纳米颗粒，避免了传统材料中可能使用的有机溶剂，从而降低了对环境和人体健康的潜在危害。

CCF的性能不仅体现在其热管理能力上，还体现在其整体的可持续性和环保性上。水性聚氨酯作为一种环保型材料，其在使用过程中不会释放有害物质，且在废弃后对环境的污染较小。而二氧化锆纳米颗粒则具有优异的热辐射性能，能够有效地将热量辐射至外层空间，同时具备良好的耐久性和稳定性。这种材料组合使得CCF在实现高效热管理的同时，也符合绿色和低碳发展的理念。

此外，CCF在实际应用中展现出良好的适应性。无论是日常穿着还是特殊职业（如消防员、运动员等）的使用，CCF都能有效应对高温环境下的热管理需求。其优异的自清洁性能意味着织物在使用过程中能够保持清洁，减少清洗频率，从而延长使用寿命。良好的洗涤性能也表明CCF在多次清洗后仍能保持其热管理性能和外观质量。同时，其优异的紫外线老化抵抗能力使得织物在户外环境中不易老化，保持其性能稳定。

CCF的机械柔韧性使其在穿着过程中更加舒适，不会对皮肤造成不适或压迫感。透气性则确保了织物在使用过程中能够有效散热，避免因热量积聚而带来的不适。空气和水分的渗透性则有助于汗水的蒸发，从而提升人体的舒适度和散热效率。这些性能的综合表现，使得CCF成为一种理想的可穿戴热管理材料。

在实际应用中，CCF还具有一定的可扩展性。其涂覆工艺可以应用于多种织物基材，而不仅仅局限于棉织物。这为未来开发更多类型的PDRC材料提供了可能。同时，CCF的性能可以进一步优化，例如通过调整涂层的厚度、成分比例或添加其他功能材料，以实现更高效的热管理效果。这种灵活性使得CCF在实际应用中具有更大的潜力。

总的来说，CCF作为一种新型的环保型可穿戴热管理材料，具有诸多优势。其高效的太阳光反射率和大气透明窗口范围内的热辐射能力，使得其在高温环境下能够显著降低人体表面温度。同时，其良好的耐久性、化学稳定性和透气性，使得其在实际穿着中更加舒适和实用。CCF的开发不仅为个人热管理提供了新的解决方案，也为实现绿色和低碳的热管理技术提供了可能。

在实际应用中，CCF的推广和使用可能带来一系列积极影响。首先，其高效的热管理性能可以有效提升户外工作者和特殊职业人员的舒适度，减少因高温带来的疲劳和健康风险。其次，CCF的环保性使得其在生产和使用过程中对环境的影响较小，符合当前社会对可持续发展的要求。此外，CCF的耐久性和洗涤性能也意味着其使用寿命更长，降低了更换频率和资源消耗。这些优势使得CCF在实际应用中具有较高的可行性。

CCF的开发还为相关领域的研究提供了新的方向。例如，可以进一步研究其在不同环境条件下的热管理性能，探索其在极端气候条件下的适用性。此外，可以研究其在不同织物基材上的应用，以拓展其适用范围。同时，还可以研究其在不同涂层工艺下的性能表现，以优化其生产过程和成本。这些研究不仅有助于提升CCF的性能，也为未来开发更多类型的PDRC材料提供了理论支持和技术积累。

CCF的性能表现还表明，PDRC技术在可穿戴织物领域的应用潜力巨大。随着全球变暖的加剧，高温环境对人类健康和生产力的影响日益显著。因此，开发一种能够有效应对这一挑战的材料，对于改善人类生活质量具有重要意义。CCF作为一种新型的环保型材料，其在热管理方面的优异表现，为实现高效、可持续的个人热管理提供了可能。

在实际应用中，CCF的推广可能面临一些挑战。例如，如何在大规模生产中保持其性能的一致性，如何在不同环境下保持其热管理效果，以及如何进一步降低其生产成本，使其更具市场竞争力。这些问题需要进一步的研究和探索。然而，随着技术的进步和市场需求的增长，CCF有望在未来得到广泛应用。

CCF的开发还体现了材料科学与工程的交叉融合。通过将环保型材料与PDRC技术相结合，研究人员不仅提升了材料的性能，还拓展了其应用范围。这种跨学科的研究方法为未来材料的开发提供了新的思路，也为解决实际问题提供了更多可能性。

此外，CCF的研究成果也为其他领域的应用提供了借鉴。例如，可以将其应用于建筑隔热材料、汽车内饰材料等，以提升这些材料的热管理性能。同时，CCF的研究也为其他类型的辐射冷却材料的开发提供了理论支持和技术积累。这些应用的拓展将进一步提升CCF的综合价值。

CCF的性能表现还表明，材料的多功能性是实现高效热管理的关键。通过合理设计材料的结构和成分，可以使其同时具备多种功能，如高反射率、高热辐射效率、良好的透气性和耐久性等。这种多功能性不仅提升了材料的性能，也增加了其在实际应用中的价值。

在实际应用中，CCF的推广和使用需要考虑多个因素。例如，其在不同气候条件下的适应性、在不同人群中的适用性、以及在不同场景下的性能表现等。这些问题需要进一步的研究和实验验证。然而，随着技术的不断进步，CCF有望在未来得到更广泛的应用。

CCF的研究成果也为相关领域的技术发展提供了动力。例如，可以进一步研究其在不同温度条件下的热管理性能，探索其在不同环境下的适用性。同时，可以研究其在不同织物基材上的应用，以拓展其适用范围。此外，还可以研究其在不同涂层工艺下的性能表现，以优化其生产过程和成本。这些研究不仅有助于提升CCF的性能，也为未来材料的开发提供了理论支持和技术积累。

CCF的开发还体现了对可持续发展的重视。通过使用环保型材料和优化制造工艺，研究人员不仅提升了材料的性能，还降低了其对环境的影响。这种环保理念的贯彻，使得CCF在实际应用中更加符合现代社会的需求。

在实际应用中，CCF的推广可能带来一系列社会和经济影响。例如，其高效的热管理性能可以提高户外工作者的生产效率，减少因高温带来的健康风险。同时，其良好的透气性和舒适性可以提升普通消费者的穿着体验，增加市场接受度。此外，其环保性和可持续性也可以减少资源消耗和环境污染，为实现绿色和低碳的发展目标做出贡献。

CCF的研究成果还表明，材料的性能优化是实现高效热管理的关键。通过合理调整材料的成分和结构，可以使其在不同条件下保持最佳性能。这种性能优化不仅提升了材料的使用价值，也为未来材料的开发提供了新的思路。

综上所述，CCF作为一种新型的环保型可穿戴热管理材料，具有诸多优势。其高效的太阳光反射率和大气透明窗口范围内的热辐射能力，使得其在高温环境下能够显著降低人体表面温度。同时，其良好的耐久性、化学稳定性和透气性，使得其在实际穿着中更加舒适和实用。CCF的开发不仅为个人热管理提供了新的解决方案，也为实现高效、可持续的热管理技术提供了可能。