个人热管理技术已成为提升人体舒适性及降低空调能耗的重要手段。其中，具备湿度响应特性的智能纺织品（例如可通过“襟翼”开合调节散热的材料）是一项关键技术。然而，目前多数材料依赖于较弱的分子间作用力，导致其在经过数次水洗后结构易受损，性能显著下降甚至失效，严重制约了其实际应用。因此，如何在保持高响应灵敏度的同时，提升材料的稳定性（尤其洗涤稳定性），已成为该领域亟需解决的核心问题。

南京航空航天大学国际前沿科学研究院郭万林院士团队李秀强教授和许莹副研究员合作创新性地利用强化学键“锁”住结构，实现智能织物耐洗性突破。团队研发出基于共价交联细菌纤维素-柠檬酸（BCCA）的智能材料，从根本上稳定了微观结构。经历200次湿度循环和100次水洗后，材料的湿度驱动形变性能依然保持稳定，耐洗性较现有材料提升了1-2个数量级（如图1）！相关成果以题为Super Stable Moisture-Responsive Actuator via Covalent Crosslinking for Efficient Personal Thermal Management发表于《Advanced Materials》。

图 1. BCCA-纺织品的概念与机理。

 “分子锁”设计抵御了水洗冲击！ 理论计算显示BCCA卓越耐洗性的奥秘在于其独特的共价键网络形成了强大的“分子锁”。如图2，与传统材料（如尼龙、Nafion）对水分子的弱吸附（吸附能仅-0.26至-0.40 eV）不同，BCCA材料中的羧基和羟基协同作用，形成超强水分子捕获位点（吸附能高达-0.78 eV）。在模拟水洗的极端水环境下，传统材料往往发生分子链断裂或基团解离等不可逆损伤（如尼龙链间距暴增60%），而BCCA得益于其稳定的共价骨架和梯度功能基团分布，仅产生25%的可控膨胀，且结构能完全恢复。 这种“遇水不散架”的分子设计，是良好水洗稳定性的基石。

图 2. 聚合物材料的结构与动态分析。

绿色工艺实现了智能纺织品的大尺寸制备！ 如图3，该智能纺织品采用三层设计（活性层/粘合层/惰性层），其基础材料是食品级的细菌纤维素（BC）和柠檬酸（CA），通过简易环保的“刀涂-热压”工艺即可制成BCCA智能膜，成本低廉且安全无毒，可直接接触皮肤。酯化反应在BC纤维间构建“化学缝合线”，形成致密稳定结构。经红外光谱（1722 cm^-1酯键特征峰）、X射线光电子能谱（289.28 eV碳键特征信号）及核磁共振（167-183 ppm酯基信号）三重验证，成功获得分子级“缝合证据”。

图 3. BCCA 膜的制备与表征。

BCCA智能纺织品展现出优异的稳定性和热管理性能！ 该材料基于强韧的共价交联网络，吸水率高达商用Nafion膜的3.2倍（0.376 g/g，95%湿度），形变却精准稳定（仅1.7%，远优于Nafion的>4.7%），实现132°智能弯曲且200次循环性能保持94%。历经100次机洗，湿度响应性能保持率仍有99%；1000次极限折叠后性能无损（如图4）！实际应用中，人体出汗时织物智能变形，显著加速散热，扩大热舒适区25.4%；在风场下（如12 km/h），散热效果增至186%。

图 4. BCCA-纺织品的性能表征。

人体实测热舒适性显著提升！ 如图5，研究人员将BCCA薄膜集成于商用T恤内层，制成智能织物。其智能之处在于：当人体静止未出汗时，材料襟翼保持闭合，减少热量散失；一旦运动出汗（高湿环境），襟翼自动展开，加速汗液蒸发和空气对流；汗液蒸发完毕，襟翼又自动复位。 梯度运动测试（步频0-220步/分）显示：在高强度运动阶段（220步/分），智能织物使皮肤表面平均降温1.96 ℃、湿度降低22.4%。在户外场景（引入风速）下，展开的襟翼协同风力，皮肤温度最大降幅可达2.3 ℃，体表湿度降低44%，有效解决运动后的闷热黏腻感，实现“出汗即响应-干爽自关闭”的智能循环。

图 5. BCCA-纺织品的户外性能。

团队开发的这种基于共价交联技术的湿度响应智能纺织品，成功攻克了传统智能织物“不耐洗”、“短命”的产业化瓶颈。为运动服饰、医疗防护、日常穿戴等智能织物提供了稳定性的方案。有望推动相关智能纺织品的快速转化和应用。

招生信息：

欢迎力学、材料、物理、化学等背景的优秀学子报考课题组研究生，每年招收博士研究生1-2名，硕士研究生2-4名。同时，课题组招聘青年教师/优秀博士后2-3名。

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