在智能穿戴与个人热管理领域，相变材料（PCM）被视为革命性的解决方案。它能够在特定温度下吸收或释放大量热能，犹如为织物赋予“热缓冲”能力。然而，其实际应用长期受限于一对矛盾：追求高储能密度往往导致材料机械性能脆弱、易泄漏且导热性差；而增强结构稳定性又常以牺牲储热能力为代价。传统相变纤维或面临易泄漏、强度差、加工困难等问题，或牺牲储热能力以换取机械性能稳定，这严重制约了其在可穿戴设备中的规模化应用。因此，通过结构的根本性创新，实现上述核心性能的协同优化，成为该领域亟待攻克的关键科学难题。5q2知多少教育网-记录每日最新科研教育资讯

针对这一重大挑战，北京大学材料科学与工程学院邹如强团队在Nature Communications上发表了题为“Ultralow CNT-reinforced phase-change fibers for scalable wearable thermoregulation”的突破性研究成果。研究团队独辟蹊径，提出了一种以纳米结构限域封装为导向的组装策略。5q2知多少教育网-记录每日最新科研教育资讯

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C22/CNT@HDPE-SEBS、C22/CNT纤维和PCM基织物的制造过程示意图：（a）C22/CNT@HDPE-SEBS复合材料的制备流程图（b）通过双组分熔融纺丝制备的相变织物和C22/CNT纤维服装（c）CNT对相变纤维取向的影响（d）连续生产的C22/CNT纤维的照片（e）C22/CNT2纤维冷却和加热过程曲线的结晶焓值和熔融焓值。同样，CNT增强相变织物的冷却和加热过程曲线的结晶焓值和熔融焓值（f）比例尺为20cm的CNT增强相变纤维织物的照片（g）热调节相变服装的照片5q2知多少教育网-记录每日最新科研教育资讯

该研究将微量碳纳米管（CNT）作为“纳米骨架”和“异相成核剂”，与三维互穿聚合物网络（3D-IPNs）进行一体化设计，为相变材料（正二十二烷）搭建一个兼具“刚性支撑”“高速热通道”和“弹性限域空间”的微观结构。CNT作为“定向增强元”，在熔融纺丝和拉伸过程中，能诱导聚合链和相变分子（正二十二烷）高度取向排列，不仅大幅提升了纤维的力学强度和轴向导热能力，还促进了更完善的结晶，从而提高了储热密度。3D-IPNs作为“纳米限域体”，在纳米尺度上构建了坚固且富有弹性的笼状结构，将相变分子牢牢束缚其中，从根本上解决了固-液相变中的泄漏问题，确保了材料在长期循环中的形态与功能稳定。5q2知多少教育网-记录每日最新科研教育资讯

通过这种“四两拨千斤”的精准结构调控，团队成功制备出新一代高性能相变纤维（PCFs），取得了多项性能突破。该相变纤维的熔融焓高达139.0J/g，结晶焓高达138.0J/g，储热效率超过99%。历经125次剧烈循环后，其储热能力几乎无衰减，热分解温度也显著提升。纤维同时具备极高的韧性（断裂伸长率达1530%）与强度（抗拉强度6.32MPa），使其能够耐受商用纺织设备的裁剪与高速缝纫，加工保真度超过98%。整个设备工艺基于成熟的双组分熔融纺丝技术，与现有化纤工业生产线高度兼容，解决了高性能相变纤维从实验室走向工厂的关键瓶颈。为了验证实际应用效果，团队制备了相变调温服装，并进行了多场景真人穿戴测试。在夏季户外环境下，相比普通聚酯纤维马甲表面约50℃的高温，相变调温马甲表面温度稳定在约42℃，其下皮肤体感温度显著更舒适。在高温的室内操作环境下，该服装同样展现出卓越的吸热缓冲与热防护性能，为穿戴者维持了更安全、凉爽的微气候。5q2知多少教育网-记录每日最新科研教育资讯

此项研究的意义远不止于开发一种新型纤维。它成功展示了一种通过多尺度纳米结构精准工程，来协同优化相变材料各项核心性能的普适性设计范式。该工作巧妙地破解了长期困扰相变纤维领域的“性能权衡”难题，实现了储能密度、机械鲁棒性、循环稳定性及功能性（光热转换）的同步飞跃。这项突破不仅为智能热管理技术的大规模应用铺平了道路，而且未来有望广泛应用于特种防护服装、可穿戴医疗设备、智能运动服饰、航空航天舱内服以及建筑节能织物等领域，为实现高效、个性化、自适应的热能管理提供强大的材料基础，对推动节能减排和提升人类在极端环境下的生存舒适度具有重要战略价值，展现了北京大学在新材料领域的系统创新实力。5q2知多少教育网-记录每日最新科研教育资讯

北京大学材料科学与工程学院博士后耿晓叶为第一作者，邹如强、王启宁教授为论文共同通讯作者。研究获得国家重点研发计划、国家自然科学基金和中国石油天然气集团公司北京大学功能研究战略合作项目的资助。MD模拟得到了材料科学与工程学院王前教授的宝贵建议和指导。材料表征工作得到了北京大学材料加工与分析中心等平台的支持。5q2知多少教育网-记录每日最新科研教育资讯