Nano-Micro LettersTianyu Sheng, Haoyang Wang, Ke Pei*, Chengjin Zhang, Huiyu Jiang*, Hongyun Peng, Zhiwen Zhou*, and Zhiguang Guo
Nano-Micro Letters (2027)19: 28
https://doi.org/10.1007/s40820-026-02323-4
1. 首次系统构建光热超疏水织物领域的知识框架，全面梳理材料体系、织物基底、制备策略、协同机制、性能评价及典型应用，为该方向提供系统性理论参考。
2. 提出由“Passive Water Repellency(被动疏水)”向“Active Thermal Management(主动热管理)”发展的新范式，揭示光热转换与超疏水性能之间相互促进、相互制约的协同机制。
冬季输电线路覆冰、道路结冰以及极地环境失温等问题，持续推动着兼具防冰、防水和热管理能力的新型功能材料的发展。传统超疏水织物依靠微纳结构和低表面能涂层实现优异的拒水性能，在自清洁、防污和油水分离等领域得到广泛应用。然而，这类材料本质上仍属于“被动防护”，在低温、高湿等复杂环境中难以彻底抑制结冰，且长期使用易因磨损和污染导致性能衰减。
近年来，光热材料的发展为这一难题提供了新的解决思路。碳材料、窄带隙半导体、等离激元金属及导电聚合物等能够高效吸收太阳能并快速转化为热能。将其与超疏水织物结合后，可实现主动升温，加速液滴蒸发、延缓结冰并促进除冰，使传统超疏水织物由“被动拒水”迈向“主动热管理”。
随着研究不断深入，光热超疏水织物的应用已从防除冰拓展至个人热管理、太阳能界面蒸发、水处理、智能可穿戴等多个领域。然而，目前相关研究仍较为分散，缺乏对材料设计、协同机制、性能评价及产业化路径的系统总结。
基于此，本综述围绕光热超疏水织物的发展脉络，系统梳理材料体系、织物基底、制备策略、协同机制及典型应用，并提出“From Lab to Life”发展路线，为推动光热超疏水织物从实验室研究走向实际应用提供参考。
围绕上述科学问题，湖北大学裴颗&武汉纺织大学姜会钰&哈尔滨工业大学周志文等人从材料组成、织物基底、制备工艺、协同机制、性能评价、典型应用及未来发展七个方面，对光热超疏水织物进行了系统总结。文章首先重新梳理了不同织物基底的发展脉络，将其划分为天然纤维、合成纤维、再生纤维和混纺织物四大类别，并分析各类织物在孔隙结构、毛细输运、柔性、力学性能及应用场景方面的特点。随后，对碳基材料、金属材料、半导体材料、高分子材料及多组分复合体系进行了归纳，总结不同光热体系在光吸收能力、光热转换效率、成本及稳定性等方面的优势与局限。
在此基础上，文章重点讨论了光热转换与超疏水之间的协同作用机制，从太阳光吸收、界面热传输、液滴动力学、结冰行为、冰层脱附以及织物特殊多孔结构等多个角度揭示二者之间复杂的耦合关系，并进一步总结其在防除冰、个人热管理、太阳能界面蒸发、水处理、智能可穿戴等典型应用中的最新进展。
区别于已有综述，本文不仅关注已有成果的总结，更着眼于未来发展方向。作者提出了“From Lab to Life”发展路线图，强调未来研究应更加关注耐久性提升、标准化评价体系建立、规模化制造、环境友好性以及人工智能辅助材料设计等关键问题，引导光热超疏水织物由实验室研究逐步迈向实际应用，为下一代智能功能织物的发展提供系统性的理论参考和发展路线。
I 从被动拒水到主动热管理：两种功能为何能够形成协同？
图1. 光热超疏水织物的核心优势与新兴应用。
在此基础上，图3进一步从能量转换本质出发，将光热机制归纳为等离激元局域加热、半导体非辐射弛豫和共轭体系分子热振动三类，为金属、半导体、碳材料及导电聚合物等光热组分的选择建立理论基础。更重要的是，光热与超疏水并非简单叠加。图4揭示了二者的双向协同：层级粗糙结构通过多重散射增强光捕获，Cassie态空气层降低热损失；反过来，光热升温又能促进残余水分蒸发、液滴脱附及低表面能链段重排，从而维持甚至恢复超疏水性能。
图2. 仿生超疏水界面及经典润湿模型。
图3. 三类基本光热转换机制及代表材料。
图4. 光热功能与超疏水性的双向协同机制。
II 从材料到织物：基底选择与构筑方式如何决定最终性能？
图5. 光热超疏水织物十年发展历程(2015–2025)。
图6. 光热超疏水织物基底分类及应用场景。
不同基底确定了材料设计的起点，而制备方式则决定功能结构能否稳定构筑。图7将主要策略概括为Top-down与Bottom-up两类：前者通过化学刻蚀、激光或等离子体等手段直接调控纤维表面，后者则通过喷涂、浸涂、层层组装、原位生长等方式构筑光热与超疏水功能层。实际设计需要在界面结合强度、结构精度、织物柔性以及规模化加工之间取得平衡，并逐步从简单表面涂覆转向更稳定的界面工程。
图7. 光热超疏水织物的主要制备策略。
图8. 光热超疏水织物的主要应用场景。
应用继续向穿戴与健康领域延伸。文中还展示了光热与热电效应耦合的自供能织物，可利用太阳辐射或人体温差输出电能；在“拒附着+主动杀菌”的医疗防护方面，HDTMS/HSiO₂-MXene织物经近红外照射后，对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抗菌效率均超过99.8%。此外，相同的界面设计逻辑还可拓展至电磁屏蔽、油水分离和太阳能水处理，其中代表性体系的油水分离效率超过98.5%，双通道供水蒸发体系在1.0 sun下的蒸发速率达到4.1 kg m⁻² h⁻¹。
不同场景对材料性能的侧重点并不相同：户外与极寒防护更强调耐候性、防除冰效率和大面积稳定性；可穿戴体系需要兼顾热管理、能量转换、柔性与透气舒适；医疗防护则更加关注抗污染、抗菌效果及生物安全。因此，应用导向的设计不能只追求更高温度或更大接触角，而应围绕具体服役环境在润湿、光热、力学与舒适性能之间进行协同优化。
图9. 光热超疏水织物的多功能协同设计。
图10. 光热超疏水织物的失效机制与耐久强化策略。
图11. “From Lab to Life”双循环转化路线图。
本综述围绕光热超疏水织物这一新兴交叉领域，系统梳理了润湿与光热转换基础、织物基底、材料体系、制备策略、性能评价及典型应用，构建了贯通材料设计、协同机制、性能表征与应用场景的整体框架。
文章重点揭示了光热功能与超疏水性之间的双向协同关系：微纳粗糙结构和界面空气层可增强光捕获并抑制热损失，而光热升温又可促进界面干燥、液滴脱附及疏水链段重排，使传统依赖静态拒水的超疏水织物进一步迈向具有主动响应能力的热管理体系。这种协同效应也为防除冰、个人热管理、医疗防护及环境治理等多场景应用提供了共同的设计基础。
面向实际应用，本文进一步提出“From Lab to Life”发展路线，指出未来研究不应仅追求更高的接触角或升温温度，而应更加关注长期耐久性、标准化评价、穿戴舒适性、绿色安全、规模化制造以及人工智能辅助设计。通过将基础界面机制与工程转化需求相连接，光热超疏水织物有望由实验室中的多功能材料进一步发展为可靠、可制造且可持续的下一代智能纺织品。
裴颗
本文通讯作者
湖北大学 副教授
(1) 半导体材料与器件；(2) 光热超疏水表面及应用。
▍主要研究成果
以第一作者或通讯作者发表论文40余篇，包括Adv. Mater.、eScience、Adv. Funct. Mater.等。主持国家自然科学基金青年项目、博士后国际交流计划引进项目、中国博士后科学基金特别资助和面上资助等项目；获湖北省博士后优秀人才跟踪支持计划、博士后创新研究岗位资助，入选2023年人社部高层次留学人才回国资助计划及湖北省百人计划；获2022年教育部自然科学奖二等奖、2025年广东省自然科学奖二等奖。
▍Email：kpei@connect.hku.hk
姜会钰
本文通讯作者
武汉纺织大学 教授
(1) 生物质纤维及清洁染整；(2) 现代染整工艺理论。
▍主要研究成果
中国纺织工程学会染整学术委员会委员、中国纺织工业联合会标准化委员会委员、中国毛纺织专业委员会委员、中国针织专业学术委员会委员。在Appl. Catal. B、Chem. Eng. J.、Carbohydr. Polym.、J. Colloid Interface Sci.、Ind. Crops Prod.、Dyes Pigments等国际期刊发表学术论文20余篇，申请发明专利30余项，获授权10余项。近年来主持省部级项目5项，获中国纺织工业联合会科技进步二等奖2项、三等奖1项，中国纺织工业联合会针织内衣创新贡献奖1项，中国纺织工程教育学会教学成果一等奖1项。
▍Email：huiyujiang@wtu.edu.cn
周志文
本文通讯作者
哈尔滨工业大学 教授
(1) 先进半导体材料与光电子器件；(2) 微纳3D打印、3DIC先进封装与可穿戴医疗器件。
▍主要研究成果
哈尔滨工业大学神舟学者教授、博士生导师，哈尔滨工业大学材料学院(一校三区)青年科协副主席，国际科学组织Vebleo协会会士(Vebleo Fellow)。迄今发表高质量SCI论文40余篇，其中以第一作者或通讯作者(含共同)身份在Nat. Commun.、Adv. Mater.、eScience、Adv. Funct. Mater.(4篇)、Adv. Sci.、ACS Energy Lett.、Nano Micro Lett.(2篇)、Device等期刊发表SCI论文19篇，其中影响因子大于15的TOP期刊论文13篇；单篇被引超过100次的论文11篇，7篇论文入选期刊封面，2篇入选ESI高被引论文；论文总引用3200余次，多次被Nature、Science正刊引用，H指数28。入选Materials Today系列子刊2024年首届光电子材料领域学术新星奖(1st Rising Stars in Materials Today Electronics)，并受邀担任eScience、InfoMat、Materials Today Electronics、《中国材料进展》等期刊青年编委。主持或参与哈尔滨工业大学神舟学者人才引进、AI+Materials精准培育、香港创新科技署等研究项目，总经费超过500万元。
▍Email：zwzhou@connect.hku.hk
撰稿：原文作者
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