變色材料已廣泛應用于智能紡織品、防偽、節能窗戶和信息顯示等，在智能可穿戴、節能建筑和人工智能等領域具有潛在的應用價值。基于光、電、熱的變色材料需要持續消耗能源才能維持顯色，而且由太陽能取代能源的光熱材料多是黑色吸光物質，直接摻雜會掩蓋變色材料自身的顏色，阻礙綠色能源與變色材料的協同發展。因此，研究太陽能與變色性能的雙功能智能纖維材料具有重要意義。
近期，江南大學付少海和張麗平教授在Advanced Fiber Materials上發表了題為“Asymmetric Janus Fibers with Bistable Thermochromic and Efficient Solar Thermal Properties for Personal Thermal Management”的研究成果，通過結合雙穩態熱致變色、光致變色和太陽能熱性能，構建了Janus纖維（BTCSJF），可以通過光熱轉換驅動纖維變色，且在沒有持續能源供給時也能穩定顯示2種顏色，實現零能耗，并可收集和存儲熱能，管理人體熱環境。
使用簡單的雙通道微流控裝置，采用動態溶膠-凝膠濕法紡絲制備了BTCSJF，通過凝固浴，將含有二維材料（MXene）和雙穩態熱致變色微膠囊（BTC-Ms）的紡絲液有序固定在纖維兩側（Janus A和Janus B），從圖1可以看出有效結合了2種性能，在自供電集成雙穩態變色和個人熱管理應用方面具有很好的應用前景。
如圖3所示，通過密度泛函（DFT）理論研究了BTC-Ms的變色機理。GN-2分子的HOMO能級（-4.929 eV）高于BPA（-5.583 eV），即GN-2分子的電子轉移到BPA上形成供-受體（D-A）復合物。因此，室溫時的BPA促使GN-2分子質子化，內酯環斷裂呈兩性離子共軛異構體（GN-2-open），此時GN-2-open屬于GN-2分子的低能態；當高溫刺激時，BPD由固態變為液態，BPA與BPD分子間的作用力更強，導致GN-2分子與BPA分離去質子化，轉變為內酯型異構體；當無外部溫度刺激時，GN-2迅速質子化回到GN-2-open。
MXene具有良好的光熱轉換性能，在Janus B中充當光吸附劑，增強BTCSJF捕獲光子并將其轉化為熱能的能力；BTC-Ms在提供變色和穩態性能的同時，還可以通過相變存儲熱能（圖4）。在實際應用中，可以通過調節照射時間來調節刺激溫度或人體舒適溫度，且在200次光熱轉換循環測試中，BTCSJF表現出良好的轉換穩定性。
在光照射20 s后，BTCSJF在450 nm處的反射率（R）從37%增加到86%，即顏色切換迅速（圖5 a-b）。持續照射2 min后關閉光源，BTCSJF的反射率恒定在86%左右，保持無色態。光熱轉換和熱能吸收直接影響BTCSJF顏色的可逆變化和雙穩態（圖5 c）。當MXene含量高于60 mg/mL時，BTCSJF在1000 W/m2照射時具有雙穩態性能（圖5 d）。此外，由于穩態時間與輻照時間成正比，太陽能的利用率直接影響變色雙穩態性能（圖5 e-f）。在100次循環照射后BTCSJF的顏色對比度變化很小，說明具有很好的變色穩定性。
綜上所述，該工作提出了一種構建多功能Janus纖維結構的策略，在纖維上集成雙穩態變色、可穿戴綠色加熱器以及熱管理，制備的BTCSJF在無能源持續供給時仍能穩定維持變色態180 h以上，在1000 W/m2照射時可自加熱至65 ℃左右，具有高靈敏度、良好的熱能存儲和循環穩定性。Janus纖維結構增強變色和光熱性能的協同作用為開發其他光電材料提供了新思路。
