2025年3月24日，四川大学高分子科学院与工程学院李忠明、雷军团队（塑料高性能化加工与装备课题组）在Matter期刊上发表了题为“Biomimetic, hierarchical-programmed gel coating for adaptive and sustainable thermal modulation”的研究成果。

该研究报告了一种具有自主热调节和高制冷功率的仿生皮肤高分子凝胶涂层（BSMC），旨在解决传统辐射冷却涂层的挑战，实现建筑的高效热管理。与传统的RCC不同，BSMC涂层中引入了一种可调的仿生皮肤汗液蒸发冷却策略，以提高其在高温下的制冷能力。同时，采用热变色策略解决了人体皮肤无法适应性调节光谱的限制。具有分层结构的仿生皮肤涂层不仅能够实现多种场景应用，还能够满足多功能需求。

论文的通讯作者是雷军教授、李忠明教授；第一作者是博士生郭志广。

近年来，基于材料表面特殊光谱效应的辐射冷却涂层（RCC）为可持续的零能耗建筑热管理提供了一种有效解决方案。然而，由于无法适应波动的环境和气候条件，单一热管理模式的RCC规模化应用受到极大限制。更重要的是，由于强的大气窗口依赖性，RCC的制冷功率通常低于150 W m^-2。

人体皮肤作为一种天然的中红外发射器，在安静状态下主要通过辐射散热来调节体温。对于人体皮肤而言，优异的动态热调节机制是维持体温恒定的关键。当体温较高时，汗腺会自发释放汗液从而促进蒸发冷却以提高皮肤的冷却能力。有趣的是，人体皮肤表面的汗腺数量有限，这有助于维持体内水分防止高温时人体瞬间大量脱水。模仿皮肤的热管理机制和生物结构能有效解决辐射冷却的基础问题。除了热辐射和蒸发冷却对温度调控过程存在影响外，自适应的太阳光谱调节也是动态热管理中至关重要的因素。迄今为止，还没有报道过具有自主温度调节和高冷却功率（>150 W m^-2）的涂层用于零能耗热管理。

图1：BSMC的设计概念、结构和热管理机制。

本研究采用分层结构设计（粘合层、温敏辐射层、吸湿层）与局部分子限制工程，耦合了蒸发冷却、辐射散热和动态光谱调制功能，开发了一种可自主温度调控的仿生皮肤凝胶涂层。与传统的RCC不同，BSMC涂层中引入了一种可调的仿生皮肤汗液蒸发冷却策略，以提高其在高温下的制冷能力。此外，涂层还通过模仿皮肤的多层次结构调节涂层的水蒸发速率，并增强涂层与基底之间的附着力。同时，采用热变色策略解决了人体皮肤无法适应性调节光谱的限制。

值得注意的是，仿生皮肤涂层通过“温度响应开关”实现自主热调节，且该开关温度可根据具体应用需求进行轻松编辑。具有分层结构的仿生皮肤涂层不仅能够实现多种场景应用（如墙面、屋顶和窗户），还能够满足多功能需求。

BSMC在高温（>28°C）下反射率85%，蒸发冷却功率达233W/m²，较传统RCC降温4°C；低温时透光率90%，支持光热加热。其相变温度（28°C）可调，适用于多样化场景（建筑、军事伪装）。

实验表明，BSMC在模拟极端环境（900W/m²光照）下可持续冷却5小时，户外测试中建筑模型降温8°C。模拟结果表明，BSMC全球推广后可实现高达239千克/年的人均CO₂减排量。本研究所制备的多功能涂层有望推动热管理向低碳模式的转变。（来源：科学网）

图2：BSMC的制备与结构表征。

图3：BSMC的光谱特性。

图4：BSMC的水分调节性能。

图5：BSMC的多场景热管理性能。

相关论文信息：https://doi.org/10.1016/j.matt.2025.102057