全球气候变暖不断加剧，极端高温天气频繁出现，对人类生活构成了严重威胁。传统的降温技术由于能耗过高，且在户外环境中适应性不足，难以满足个人热管理需求。目前，虽然辐射冷却织物能够通过反射太阳辐射以及大气窗口向外太空发射热辐射来实现无源降温，但在实际应用中，往往忽视了热传导对最终冷却效果的影响。因此，如何设计并制备兼具传导冷却和被动辐射冷却的新型冷却织物，仍是当前面临的一大挑战。

近期，郑州大学刘春太教授团队在Advanced Fiber Materials上发表了题为“Stretchable Thermoplastic Polyurethane/Boron Nitride Nanosheet Fabrics with Highly Anisotropic Thermal Conductivity for Multi-Scenario Passive Radiative Cooling”的研究成果。该研究采用一步静电纺丝技术，开发了高各向异性导热的热塑性聚氨酯/氮化硼（TPU/BNNS）织物，将传导冷却引入被动辐射冷却织物中。TPU/BNNS织物的高各向异性，既可使热量沿面内方向快速消散，又可阻挡外部热量沿面外方向的渗透，实现传导冷却。此外，BNNS的加入增加了太阳辐射的散射位点，进一步将织物的太阳反射率提高到95%，且TPU和BNNS的本征基团可提供92.9%的高发射率。因此，在被动辐射和传导的双重冷却作用下，TPU/BNNS织物最高可实现12.4 ℃的亚环境冷却和10.7 ℃的人体冷却。TPU/BNNS织物还表现出卓越的透气性、拉伸性和疏水性，在户外个人热管理领域，展现出卓越的应用潜力。

该工作采用简单且可扩展的一步静电纺丝方法，成功制备了具有多场景被动辐射冷却性能的高各向异性导热TPU/BNNS织物（图1a）。均匀分散的BNNS纳米片嵌入TPU纤维网络中，并沿纤维方向排列形成导热网络（图1b-f）。通过使用硼酸对原始的大块h-BN（六方氮化硼）进行球磨改性，得到了层数少、横向尺寸大且具有羟基和胺基等活性边缘基团的BNNS（图1g）。通过FTIR和XRD证实了BNNS纳米片通过静电纺丝成功嵌入TPU纤维，并且TGA证明了织物具有良好的热稳定性（图1h-j）。

图1. TPU/BNNS冷却织物的制备与表征

如图2所示，TPU/BNNS冷却织物作为一种可穿戴织物，展现出卓越的透气性和疏水性，既能有效阻挡雨水的侵入，还能让皮肤表面的水蒸气逸出。同时，其良好的可拉伸性完美贴合人体皮肤，满足了可穿戴织物的舒适性和功能性需求。

图2. TPU/BNNS冷却织物的可穿戴性能

如图3所示，堆叠的TPU/BNNS纳米纤维中，BNNS纳米片沿着纤维方向有序排列，构建了高效的热传导通道，赋予织物在面内方向上获得了高达3.2 W/（m·K）导热系数。另一方面，静电纺丝工艺所形成的高多孔纤维网络，以及纤维在面外方向重叠处所产生的高界面热阻，共同导致了其面外导热系数极低，仅为0.072 W/（m·K）。TPU/BNNS织物所具有的约49.44的超高各向异性，不仅有利于热量在面内方向的快速换热与散热，还有效阻挡了外部热量沿面外方向的侵入。

图3. TPU/BNNS冷却织物的各向异性导热性能

如图4所示，高折射率BNNS的加入，显著增强了织物对光线的散射效果，使太阳光反射率增至95%。同时，TPU和BNNS中所含的C-O-C、C-N、B-N以及B-N-B键的固有振动特性，使其在大气窗口（ATW）波段能够产生强的中红外发射，使TPU/BNNS织物的平均发射率超过92%。凭借这些优异的性能，TPU/BNNS织物展现出卓越的被动辐射冷却性能，在炎热的夏季，能够实现高达12.4 ℃的低于环境温度的冷却效果。

图4. TPU/BNNS冷却织物的辐射冷却性能

如图5所示，为了有效地进行个人热管理，皮肤产生的热量必须通过织物迅速消散，因此传导冷却与辐射冷却一样重要。在模拟皮肤的日间降温试验中，TPU/BNNS冷却织物可使模拟皮肤温度降低11 ℃。并且其作为可穿戴的冷却织物，具有良好的机械自适应性，在显著变形的情况下仍能保持稳定的冷却性能。

图5. TPU/BNNS复合织物的日间冷却性能及其机械自适应特性

原文链接：https://doi.org/10.1007/s42765-025-00526-9

（来源：Advanced Fiber Materials）