"智能调温织物新突破：钨掺杂二氧化钒纳米颗粒实现自适应辐射冷却与动态体温管理"

这篇研究开创性地开发了基于钨掺杂二氧化钒（W-VO2）相变材料的自适应性辐射冷却织物（SARCF），通过金属-绝缘体相变实现34.82%的红外发射率对比度（Δ?），结合纳米多孔聚乙烯（NanoPE）层达成85.19%的太阳光反射率。该织物在室内外测试中分别展现出优于低发射率（low-e）织物3°C的保暖性能和超越棉织物4.67°C的降温能力，经2000次磨损和10次洗涤后仍保持94.8%以上的性能，为无源式个人热管理（PTM）提供了创新解决方案。

　　

2.1 设计理念与SARCF制备

研究团队提出革命性设计：将具有温度敏感特性的钨掺杂二氧化钒（W-VO₂）纳米颗粒沉积在低发射率（low-e）织物基底上，再通过超声焊接覆盖纳米多孔聚乙烯（NanoPE）层。这种双层结构巧妙结合了NanoPE的高太阳光反射（83.56%）与红外透射特性（96.87%），以及W-VO₂的相变调控能力。扫描电镜显示W-VO₂纳米颗粒均匀分布在聚二甲基硅氧烷（PDMS）基质中，形成约3.5μm厚的功能层。

2.2 W-VO₂的温度诱导相变

通过差示扫描量热法（DSC）证实W-VO₂的相变温度降至30.5°C，接近人体舒适温度范围。X射线衍射（XRD）显示从单斜相（VO₂(M)）到金红石相（VO₂(R)）的可逆转变，X射线光电子能谱（XPS）验证了1.69-1.95 at%的钨掺杂浓度。这种相变导致材料在7-14μm人体热辐射波段的光学性质发生显著变化，为动态热管理奠定基础。

2.3 光学性能调控机制

有限时域差分（FDTD）模拟揭示：W-VO₂填充率与发射率对比度（Δ?）呈正相关。实验证实ERL3样品在20°C和60°C分别呈现65.85%和29.61%的红外反射率，Δ?达36.24%。相变过程中，局域表面等离子体共振（LSPR）峰从600nm红移至7.5μm，结合PDMS基质的本征吸收，共同促成宽带红外吸收增强。

2.4 热调节性能验证

户外测试（环境温度35.74°C）显示，SARCF覆盖的皮肤模拟器峰值温度（65.3°C）显著低于low-e织物（102.3°C）和棉织物（73.2°C）。室内冷环境测试（5°C）中，SARCF使模拟器温度维持在22.3°C，优于棉织物（21.2°C）。这种双向调控能力源于其低温下39.38%和高温度74.20%的红外发射率切换。

2.5 穿戴性能优化

尽管NanoPE层的透气性较低（0.879 cm³ cm^-2 s^-1），但ERL层保持13.562 cm³ cm^-2 s^-1的透气性。加速洗涤测试表明，ERL3经10次洗涤后Δ?保留率达96%，2000次磨损后仍保持94.8%性能，展现优异的机械稳定性。

这项研究首次将VO₂相变材料成功应用于智能纺织品领域，开创了无源式自适应热管理的新范式，为应对全球能源危机和个性化热舒适需求提供了创新解决方案。