本文的研究由 Xiaolong Li、Qianyi Li、Xiaoyu Zhang 和 Tural Khudiyev 等人完成，其中 Xiaolong Li 与 Qianyi Li 为共同第一作者，Tural Khudiyev 为通讯作者。研究团队来自新加坡国立大学材料科学与工程系。该研究发表于 *Nature Communications*，在线发布日期为 2026 年，论文标题为 “Scalable phase-change fibres with record thermo-mechanical properties for cooling textiles”。

这项研究属于材料科学与纺织工程的交叉领域，聚焦于被动式热管理纤维的开发。随着全球极端高温事件频发，人体热舒适与热防护需求日益迫切。相变材料（phase-change materials, PCMs）能够在固液相变过程中吸收或释放大量潜热，因此被认为是一种极具前景的被动调温策略。然而，将液态相变材料连续封装进微米级纤维一直存在重大技术瓶颈。传统静电纺丝难以形成连续长丝，湿法纺丝虽然可以制备核壳结构相变纤维（phase-change fibres, PCFs），但溶剂凝固过程限制了壳层与核层材料的选择范围。将熔融相变材料后注入中空纤维的方法则面临界面结合弱、填充长度有限以及密封困难等问题。更重要的是，在传统热拉制纤维过程中，当含有液态核心的预制棒发生尺寸缩小时，液柱产生的静水压力容易超过软化壳层的机械阻力，导致壳层鼓包或核心断裂。因此，如何实现液态相变核心在纤维拉制过程中的连续、稳定、高负载封装，是该领域长期未解决的关键难题。针对这一问题，作者提出了一种微流控注射与热拉制耦合的新策略，并结合后续冷拉工艺，制备出长达数十米、直径约 200 微米的连续核壳结构相变纤维，同时实现了优异的力学性能与热调节性能。

该研究的实验流程主要分为三个核心阶段。第一阶段是预制棒组装。研究团队设计了多层预制棒结构，中心为石蜡（paraffin wax, PW）功能核心，外层为弹性体环烯烃共聚物（cyclic olefin copolymer, ECOC）壳层，最外层为可剥离的苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯嵌段共聚物（styrene-ethylene-butylene-styrene, SEBS）与聚甲基丙烯酸甲酯（polymethyl methacrylate, PMMA）复合包层。SEBS-PMMA 包层在热拉制过程中提供粘弹性力学支撑，防止熔融石蜡在颈缩区发生漂移或泄漏。第二阶段是微流控-热拉制过程。石蜡被加热至熔点以上并保持恒定温度，通过微流控注射系统在预制棒热拉制的同时连续注入中心通道。作者发现，只有当石蜡注射流速与预制棒进给速度匹配在特定比例时，才能形成连续且均匀的液态核心。该过程中，熔融态石蜡与软化壳层之间发生动态润湿与界面粘合，冷却后形成强界面结合。第三阶段是冷拉细化。热拉后的纤维先去除 SEBS-PMMA 包层，再在 ECOC 的粘弹性温度区间内进行冷拉，纤维直径从约 389.5 微米进一步减小至约 195.3 微米，同时拉伸强度提高约一倍。通过这三个阶段，研究团队成功绕开了瑞利-平台不稳定性（Rayleigh–Plateau instability）对微米级液芯连续性的破坏，实现了从预制棒到成品纤维的稳定连续制备。研究中对纤维进行了系统的表征，包括光学显微镜、扫描电子显微镜（scanning electron microscopy, SEM）、差示扫描量热法（differential scanning calorimetry, DSC）、X 射线衍射（X-ray diffraction, XRD）、热重分析（thermogravimetric analysis, TGA）、力学拉伸测试以及红外热成像等多种手段。此外，还进行了织物透气性、水汽透过率、耐水洗性、耐弯曲性和耐磨性等纺织应用相关测试。

研究结果表明，所制备的相变纤维表现出优异的综合性能。在热性能方面，纯石蜡的熔化焓为 227 ± 0.8 J/g，结晶焓为 226.9 ± 0.5 J/g，熔点为 37.8 ± 0.3 ℃，过冷度为 5.4 ± 0.2 ℃。而 ECOC 封装后的相变纤维仍保持 122.6 ± 1.5 J/g 的熔化和 119.8 ± 1.3 J/g 的结晶焓，熔点约为 37.1 ± 0.3 ℃，过冷度降低至 4.2 ± 0.3 ℃。这一现象说明 ECOC 壳层不仅提供物理封装，还通过界面异相成核和限域效应改善了石蜡的结晶动力学，从而降低过冷度并提高相变循环的可逆性。在力学性能方面，热拉后的纤维断裂伸长率高达 2047 ± 28.4%，但拉伸强度仅为 15.3 ± 1.4 MPa；经过冷拉后，断裂伸长率降至 671 ± 10.2%，而拉伸强度提高到 32.1 ± 0.8 MPa。进一步将多根纤维加捻成纱线后，拉伸强度可提升至 46.7 ± 1.2 MPa，同时保持 603 ± 16.4% 的断裂伸长率。这些数据表明，纤维在保持极高柔韧性的同时具有可观的力学强度。研究团队还展示了单根仅 0.025 克、直径 280 微米的纤维可承受 1 千克载荷而不断裂，承载能力超过自身重量 10000 倍以上。在织物层面，当相变纤维含量为 15%、30% 和 50% 时，白色织物的表面平衡温度分别降至 55.⁸⁄₃₉.7 ℃、53.⁶⁄₃₉.4 ℃ 和 53.¹⁄₃₈.6 ℃，而对照组无相变纤维的织物为 58.⁵⁄₄₈.1 ℃。这表明相变纤维织物能够持续吸收部分输入热量，抑制皮肤侧微气候温度上升。黑色相变纤维织物同样表现出比黑色普通织物更低的表面温度，说明潜热缓冲作用比颜色引起的光学吸收差异更占主导地位。在快速降温实验中，相变纤维织物由于释放储存的潜热，显著延长了冷却半衰期并减缓了降温速率。在 11 次加热-冷却循环测试中，相变纤维织物表现出可忽略的漂移，证明了其长期循环稳定性。在实际户外测试中，由相变纤维织物和棉织物拼接的服装在约 33 ℃ 环境温度、地面温度超过 70 ℃ 的直射阳光下，相变纤维侧皮肤温度稳定在约 39 ℃，而棉侧升至 42 ℃，温差约 3 ℃。在长时间静态和行走测试中，相变纤维织物峰值温度降低 3–5 ℃，平台温度降低 2–3 ℃。在手机无线充电测试中，使用相变纤维织物保护后，充电宝峰值温度下降 5–7 ℃，手机峰值温度下降 3–4 ℃。

该研究的核心贡献在于提出并验证了一种可规模化的液态相变核心纤维连续制备方法。作者通过将微流控注射与热拉制相结合，并引入后续冷拉步骤，成功克服了传统热拉制中液态核心导致的鼓包和瑞利-平台不稳定性问题。该策略不仅实现了 35 米以上连续纤维的可重复制备，还保留了高相变焓和低过冷度。所制备的纤维可以直接编织成织物，并与棉、羊毛、尼龙等常见纤维混纺，无需粘合剂或额外封装。相变纤维织物在保持透气性和水汽透过率的前提下，展现出双向热调节能力：在加热条件下吸收潜热以抑制温度峰值，在冷却条件下释放潜热以减缓温度下降。这种“削峰填谷”的热缓冲行为使其在户外高温环境、日常穿戴以及电子设备热管理等多个实际场景中均表现出明显优势。与已有相变纤维体系相比，该方法不依赖溶剂凝固，也无需后填充中空纤维，因此具有更广泛的材料选择范围和更好的界面结合强度。研究的亮点包括：首次通过微流控-热拉制-冷拉三联工艺实现连续液芯相变纤维的规模化制备；所制备纤维在力学强度与断裂伸长率之间取得优异平衡；ECOC 壳层通过界面效应降低石蜡过冷度；织物级测试与户外实测均证实了 3–6 ℃ 的稳定降温效果。此外，论文还展示了婴幼儿连体衣、手机壳和口袋内衬等多种应用原型，进一步说明该材料平台在可穿戴热管理、智能纺织品以及下一代电子设备散热等领域的应用潜力。