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  近年來，隨著可穿戴設備和智能紡織品的快速發(fā)展，如何在柔性材料中同時實現(xiàn)溫度監(jiān)測、熱管理與生物防護，成為該領域關注的核心問題。然而，現(xiàn)有研究大多側重單一功能。電學傳感雖靈敏但缺乏直觀反饋，熱致變色材料具備可視化優(yōu)勢卻難以實現(xiàn)精準監(jiān)測，多功能之間往往相互干擾，難以協(xié)同工作。

  針對上述問題，南京林業(yè)大學國際林化與材料創(chuàng)新中心木質纖維素功能材料院士團隊喻照川博士、劉超博士等，提出了一種基于纖維素非織造材料的Janus雙層結構設計，實現(xiàn)了電學與光學雙模溫度響應，并進一步拓展至熱管理與生物防護等多功能集成（Scheme 1）。

  該研究以“Dual-Mode Thermo-Responsive Janus Cellulosic Textiles for Visual Sensing, Adaptive Thermal Regulation, and Synergistic Bio-Protection”為題發(fā)表在《Advanced Functional Materials》（2026, DOI: 10.1002/adfm.202532079），喻照川、劉超博士為共同第一作者，鄧超博士與肖惠寧教授為共同通訊作者。

Scheme 1. Janus雙層結構及多功能示意圖

  該體系以纖維素無紡布（CNWs）為柔性基底，在其正反兩側分別構建不同功能層：一側為MXene/PEDOT:PSS/CMC-Na熱敏導電網(wǎng)絡（MPC層），可將溫度變化轉化為連續(xù)、可量化的電信號；另一側為熱致變色微膠囊層（TCMs），通過溫度觸發(fā)顏色變化，實現(xiàn)無需儀器的直觀可視反饋。兩者空間分離、機制互補，在同一材料中構建出雙通道溫度響應體系（圖1）。研究表明，該材料在20-75 ℃范圍內表現(xiàn)出穩(wěn)定的負溫度系數(shù)響應，靈敏度最高可達0.018 ℃^-1，響應/恢復時間分別為1.46 s和0.88 s，且在循環(huán)測試和長期使用條件下均保持良好穩(wěn)定性（圖2）。同時，熱致變色層在約35 ℃以上逐漸由淺色轉變?yōu)樯钏{色，具有約1 ℃的可視分辨能力，實現(xiàn)了溫度變化的直觀識別（圖3）。進一步研究發(fā)現(xiàn)，該Janus結構不僅實現(xiàn)了“雙模輸出”，還在復雜穿戴環(huán)境下表現(xiàn)出顯著優(yōu)勢。在高濕度、汗液及外界壓力等干擾條件下，電學信號容易產(chǎn)生漂移，而光學信號基本不受影響；通過兩種信號的相互校準，可顯著提升溫度監(jiān)測的可靠性與抗干擾能力（圖4）。此外，MXene層的引入還賦予材料優(yōu)異的熱傳導與光熱轉換能力。在近紅外照射下，材料表面溫度可迅速升高至約90 ℃，并實現(xiàn)超過99.99%的高效抗菌性能（圖5）。機理研究表明，其抗菌作用主要來源于光熱效應，而非光動力過程。同時，該材料在保持較高透氣性（>500 mm s^-1）和柔軟性的前提下，仍具備良好的耐彎折、耐洗滌及長期穩(wěn)定性，滿足實際穿戴需求（圖6）。

圖1. 材料構筑與Janus結構特性

圖2. 纖維素基Janus智能織物的電學溫度傳感性能

圖3 . 纖維素基Janus智能織物的熱致變色性能

圖5. 纖維素基Janus智能織物的光熱抗菌性能與細胞毒性

圖6 . 纖維素基Janus智能織物的健康監(jiān)測和熱管理應用

  總體來看，該研究通過Janus結構設計，將“連續(xù)監(jiān)測—熱調控—抗菌防護”有機融合于同一纖維素基柔性材料體系中。不同功能之間不再相互制約，而是通過空間分離與機制協(xié)同實現(xiàn)穩(wěn)定耦合。這不僅為智能可穿戴溫度傳感材料提供了一種更可靠的實現(xiàn)路徑，也為多功能紡織品的結構設計提供了新的思路，在健康監(jiān)測、個體防護及智能紡織領域具有良好的應用前景。

  該工作是團隊近期關于纖維素基智能可穿戴材料研究的重要進展之一。可穿戴材料在使用過程中不可避免地與人體直接或間接接觸，這使得生物安全問題成為實際應用中的關鍵挑戰(zhàn)。此外，如何在保持紡織品固有柔軟性、透氣性和孔隙率的同時，實現(xiàn)其抗菌、防護及智能響應等多功能集成，也是一項持續(xù)的科學難題。為此，研究團隊在過去數(shù)年中圍繞纖維素基可穿戴功能材料開展了系統(tǒng)性研究：

  該團隊通過胍基聚合物與氨基糖苷類抗生素成功開發(fā)出兼具抗菌與抗病毒活性的可穿戴紡織品（J. Adv. Res. 2022, 39, 147; J. Hazard. Mater. 2022, 424, 127391），并系統(tǒng)揭示了抗菌活性與抗菌劑結構、含量之間的關系。在此基礎上，團隊進一步利用具有優(yōu)異導電性與機械性能的二維材料MXene，構建出具備熱管理、電磁干擾屏蔽及抗菌性能的柔性紡織材料（J Mater. Chem. A 2022, 10, 17452; Int. J. Biol. Macromol. 2024, 266, 131080）。此外，團隊還提出了MXene全值化利用策略，通過Zn²⁺插層與油墨化處理實現(xiàn)MXene的可印刷加工，制備出高靈敏度智能壓力傳感器及多功能防護材料（Adv. Funct. Mater. 2024, 2402707），為可穿戴設備提供了新的材料平臺。進一步地，團隊發(fā)展了可實現(xiàn)細菌檢測與殺滅雙功能的纖維素基智能紡織體系（Adv. Funct. Mater. 2025, e20327; Chem. Eng. J. 2023, 473, 145492; J. Bioresour. Bioprod. 2025, 10(3), 373），并在多功能MXene/纖維素復合體系方面取得系列成果（J. Colloid Interface Sci. 2024, 679, 510; Adv. Colloid Interface Sci. 2025, 346, 103658），為新一代智能可穿戴材料的設計與應用提供了新的理論基礎與技術支撐。

  原文鏈接：https://doi.org/10.1002/adfm.202532079