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深圳大学领衔,织物领域最新 AM:突破“光热即黑”局限 - 王元丰/陈剑铭/王训该教授等合力打造“无色扰”光功能织物

2026-04-02 02:48:22

在寒冷户外环境中维持人体热舒适与生理热平衡，对于体育运动、休闲活动、医疗保健及特殊职业等至关重要。太阳能驱动的光热织物因其绿色、持续的能量来源备受关注。然而，传统光热材料（如碳基材料、金属氧化物等）在可见光区具有宽吸收特性，导致织物呈现黑色或深色，制约了纺织品的色彩美学，限制了其审美吸引力与市场应用。

2026年3月22日，深圳大学、香港理工大学及浙江理工大学的研究团队在《Advanced Materials》上发表了题为“Chromatic-Invariant Photothermal Fabrics Enabled by Narrow-Bandgap Organic Semiconductors for Wearable Solar Energy Harvesting”的研究论文。该研究创新性地将窄带隙有机半导体染料集成到织物上，利用其独特的近红外吸收与可见光反射特性，成功研发出一种“无色扰”的光功能创新型织物。

该研究利用窄带隙有机半导体IEICO-4F染料，通过简单的溶液浸涂法，在低的负载量下，即可实现显著的光热升温效果。在1000 W/m²的模拟太阳光照射下，仅需5分钟，该织物便能实现4°C至8°C的温升。更重要的是，IEICO-4F在近红外区域具有强吸收，能高效地将辐射能转化为热能，同时因在可见光区域的高反射率而完美保留了织物的原始视觉颜色。并且该染料处理后的织物的纤维的原始形貌和孔隙结构、透气性、透湿性、拉伸强度以及接触角等关键性能指标与原始棉织物相比均无明显变化。

此外，该功能织物还展现出优异的光诱导抗菌性能。电子自旋共振光谱测试证实，在光照下，IEICO-4F棉织物能有效产生超氧自由基和羟基自由基。抗菌实验结果显示，在模拟太阳光照射下，该织物对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的抑制率分别高达95.3%和81.7%。即使在较低光照强度（300 W/m²）下，该织物依然能保持超过90%的金黄色葡萄球菌抑制率，展示了其在弱光环境下的实用潜力,为户外活动提供了良好的卫生保障。

图1 “无色扰”的光功能织物示意图

图2 a, IEIC-4F和IEICO-4F粉末在808 nm激光照射下的光热转换行为；b, 通过热像仪拍摄IEICO-4F粉末在808 nm激光照射下的红外热像图，激光在30秒时关闭；c, IEIC-4F和IEICO-4F织物的反射光谱及太阳光谱图。d, 光热材料的工作原理图。e, 通过热电偶测量空白组、IEIC-4F和IEICO-4F织物（4×4 cm）在一个太阳光照下的光热温度。f, 通过热电偶测量IEICO-4F织物在一个太阳光照下的光热循环曲线。g, 通过热电偶测量不同光照强度下照射时间与织物温度的关系曲线。

图3 a,不同颜色织物在标准太阳光照射下的情况，图像由热像仪拍摄，温度值由热电偶记录；b,棉织物上的水接触角图像；c,空白棉织物和IEICO-4F@棉织物在20000倍和5000倍放大倍数下的扫描电镜图像；d, IEICO-4F@棉织物在洗涤剂中搅拌的照片。e,搅拌前后洗涤剂的吸收光谱。f,空白棉织物与IEICO-4F@棉织物的拉伸曲线。

图4 a, IEICO-4F@棉织物在黑暗条件下和光照20分钟后，超氧自由基的电子顺磁共振波谱；b,羟基自由基的电子顺磁共振波谱；c,金黄色葡萄球菌和d,大肠杆菌悬液通过涂布法在平板上于37°C培养后的菌落形成单位代表性图像；e,金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的抗菌率；f,同一IEICO-4F@棉织物对金黄色葡萄球菌和g,大肠杆菌的循环抗菌性能。

图5 a,在实际太阳辐射下的热成像图（天气晴，东风2级，湿度53%，气温25℃，香港），图像由热像仪拍摄，温度值由热电偶记录；b, IEICO-4F@棉织物在人体皮肤表面照射五分钟后的温度值。c,全球太阳能资源分布图。根据CC-BY知识共享署名4.0国际许可协议（https://creativecommons.org/licenses/by/4.0）改编。标注点代表五个测试地点：斯德哥尔摩（瑞典）、丹佛（美国）、莫斯科（俄罗斯）、北京（中国）、卡尔加里（加拿大），插图展示了这五个测试地点的地形信息和气象信息。d,斯德哥尔摩、丹佛和莫斯科的详细太阳辐照度与环境温度数据。e,在斯德哥尔摩、丹佛和莫斯科的日光照射下，覆盖空白棉织物、IEIC-4F@棉织物和IEICO-4F@棉织物的模拟皮肤在5小时内的温度变化。