闪蒸纺聚乙烯（PE）非织造布具有卓越的抗拉强度和耐磨性，但缺乏固有的辐射冷却和抗菌特性，这限制了其在高温和生物要求严苛环境中的应用。研究人员开发了一种多功能聚乙烯非织造布（PE-MSZ），通过共辐射接枝方法将γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷（MAPS）接枝到PE纤维上，然后原位层层沉积二氧化硅（SiO2）与沸石咪唑酯框架-8 （ZIF-8）涂层，实现了被动辐射制冷与光催化抗菌功能的集成。这种分级微纳米结构赋予PE-MSZ高太阳光反射率（90.8%）和强中红外发射率（93.5%），使其在阳光直射下较传统PE降温约4.5℃。 此外，PE-MSZ展现出卓越的光催化抗菌效能，在模拟太阳辐射条件下120分钟内可实现大肠杆菌和枯草芽孢杆菌99.9%的抗菌率。该改性非织造布同时保持高抗拉强度（28.1MPa）、优异耐磨性、良好耐洗性和透气性，将卓越的辐射冷却与抗菌功能相结合，展现出在可穿戴设备、建筑集成及新一代多功能纺织品领域的巨大应用潜力。
东华大学材料科学与工程学院朱美芳院士，王明磊，贾超副研究员团队在国际顶级期刊《Advanced Functional Materials》发表题为“Multifunctional Polyethylene Fiber Materials with Passive Radiative Cooling and Photocatalytic Antibacterial Properties” 《兼具被动辐射冷却与光催化抗菌性能的多功能聚乙烯纤维材料》 的研究成果。 本研究通过γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷（MAPS）的共辐射接枝聚乙烯纤维，再结合原位逐层沉积二氧化硅（SiO₂）与沸石咪唑烷框架-8 （ZIF-8）涂层，实现了被动辐射冷却与光催化抗菌功能的集成。这种分级微纳米结构赋予PE-MSZ高太阳反射率（90.8%）和强中红外发射率（93.5%），使其在阳光直射下较传统PE降温约4.5°C。 此外，PE-MSZ展现出卓越的光催化抗菌效能，在模拟太阳辐射条件下120分钟内可实现大肠杆菌和枯草芽孢杆菌99.9%的灭活率。该改性无纺布同时保持高抗拉强度（28.1 MPa）、优异耐磨性、良好耐洗性和透气性，将卓越的辐射冷却与抗菌功能相结合，展现出在可穿戴设备、建筑集成及新一代多功能纺织品领域的巨大应用潜力。 图1 具有辐射冷却和抗菌特性的PE-MSZ非织造布的结构与性能。（a）PE-MSZ非织造布的结构示意图。（b）聚乙烯（PE）非织造布与PE-MSZ非织造布在反射率、发射率、抗菌活性、力学性能及冷却性能方面的对比。 PE-MSZ相关表征：（m）Si-OH网络的静电势分布。（n）密度泛函理论（DFT）计算的Zn²⁺与MAPS（γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷）和Si-OH网络的结合能。图2 PE-MSZ非织造布的形貌与微观结构。（a）原始PE、（b）PE-MAPS、（c）PE-MS和（d）PE-MSZ非织造布的扫描电子显微镜（SEM）图像。PE-MSZ纤维的元素分布图，展示（e）碳（C）、（f）氧（O）、（g）锌（Zn）和（h）氮（N）的分布情况。（i）PE、PE-MAPS、PE-MS、PE-MSZ和ZIF-8（沸石咪唑酯骨架-8）的X射线衍射（XRD）图谱。（j）PE、PE-MAPS、PE-MS和PE-MSZ的傅里叶变换红外（FTIR）光谱及（k）X射线光电子能谱（XPS）。（l）Zn 2p高分辨率XPS光谱；（o）基于赫希菲尔德划分的独立梯度模型（IGMH）图，展示Zn²⁺与Si-OH网络的相互作用。（p）Si-OH网络与Zn²⁺的Sign(λ₂)ρ非共价相互作用图（横坐标为相互作用强度）。 图3 PE-MSZ非织造布的辐射冷却性能。（a）PE、PE-MAPS、PE-MS和PE-MSZ非织造布的太阳反射率、（b）中红外发射率及（c）中红外透射率。不同非辐射传热系数（q）下，PE-MSZ在（d）夜间和（e）白天条件下的计算净冷却功率。（f）亚环境辐射冷却测试的实物图及（g）实验装置示意图。（h）2025年11月14日冷却测试期间的连续温度监测数据及（i）PE-MSZ对应的降温幅度（ΔT）。（j）基于米氏散射和化学键的辐射冷却机制示意图。 图4 PE-MSZ非织造布的抗菌性能。（a）PE和PE-MSZ非织造布在光照120分钟后，对大肠杆菌（E. coli）和枯草芽孢杆菌（B. subtilis）作用的平板实物图及（b）抗菌率。（c）基于漫反射光谱，通过塔乌曲线（Tauc plot）估算的PE-MSZ带隙宽度。（d）由X射线光电子能谱（XPS）估算的价带顶（valence band maximum, VBM）位置。（e）PE-MSZ的能带位置与活性氧（ROS）生成电势的相对关系。PE-MSZ在光照和无光照条件下的电子顺磁共振（EPR）光谱：（f）DMPO-超氧阴离子自由基（·O₂⁻）加合物、（g）DMPO-羟基自由基（·OH）加合物及（h）TEMP-单线态氧（¹O₂）加合物的EPR光谱。 图5 PE-MSZ非织造布的耐磨性能及力学性能。（a）不同耐磨循环次数后的平均太阳反射率\(\bar{R}_{solar }\)及（b）平均中红外发射率\(\bar{\varepsilon}_{M I R}\)。（c）500次耐磨循环后PE-MSZ对大肠杆菌（E. coli）的抗菌率。（d）PE非织造布在X向和Y向的示意图。非织造布沿（e）X向和（f）Y向的拉伸应力-应变曲线。（g）非织造布的断裂功。（h）PE-MSZ与已有报道材料[26, 47–52, 54–63]的拉伸强度与中红外发射率对比。 屋顶覆盖材料与PE-MSZ非织造布（2025年9月16日）。（c）覆盖棉布和PE-MSZ非织造布的人体手臂实时皮肤温度监测（2025年9月17日）。图6 PE-MSZ非织造布的多场景冷却性能及节能潜力。（a）直射阳光下，覆盖商用汽车罩和PE-MSZ非织造布的汽车模型温度变化曲线（2025年9月25日）。（b）户外阳光下，覆盖PE-MSZ非织造布的房屋模型温度变化曲线（2025年9月17日）。（d）志愿者在晴朗户外环境中穿着带有PE-MSZ贴片的棉质衣物的实物图及（e）红外热成像图（2025年9月17日）。（f）17个代表性城市中，有无PE-MSZ非织造布围护结构的普通建筑年度冷却节能估算量及对应节能百分比。（g）中国不同气候区配备PE-MSZ非织造布围护结构的建筑预测冷却节能分布图。 
