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陜科大馬建中教授、呂斌教授、高黨鴿教授團隊 Small：基于制熱模式可調控的Janus紡織品實現寒冷天氣下的精確人體熱管理

2023-12-12 來源：高分子科技

寒冷環境中維持人體的熱舒適性對人體各項機能的正常運轉至關重要。傳統室內取暖措施（暖氣、空調及火爐等）消耗的能源約占全球能耗的47%，會產生大量的CO₂，加劇了能源危機和溫室效應。開發低能耗、高制熱效率的保暖材料迫在眉睫。被動式制熱紡織品通過截留人體熱輻射耗散和光熱轉換對人體皮膚微氣候進行加熱，能夠高效地促進人體的熱舒適性，在減少建筑能耗和滿足人體熱舒適度方面展現出了巨大的潛力。然而，現存的被動式制熱紡織品的制熱程度大多不可調控，難以適應復雜多變的寒冷氣候。

近日，陜西科技大學馬建中教授、呂斌教授和高黨鴿教授團隊設計開發了一種新型Janus紡織品，實現了對太陽能加熱和輻射制熱程度的主動可調。該研究選取親膚舒適的棉織物為基材，通過浸漬和自然沉積的方法，構筑了聚二甲基硅氧烷修飾的一側密布二維過渡金屬碳/氮化物（MXene）納米片，另一側具有致密銀納米線（AgNWs）的非光學對稱特性被動式制熱棉織物（MCAP）。高光捕獲和低中紅外發射的MXene以及適中光捕獲和中紅外發射的AgNWs使得MCAP兩側具有不同強度的制熱模式，通過簡單的翻轉即可實現光熱和輻射制熱強度的按需精確調節。MXene側具有優異的光熱轉換和人體熱輻射截留能力，該側的太陽光譜吸收率高至87.6%，中紅外發射率低至18.9%。AgNWs側具有適中的太陽光捕獲和人體熱輻射截留能力，該側的太陽光譜吸收率為59.8%，中紅外發射率為47.3%。MCAP兩側太陽光譜吸收率和中紅外發射率的差異使得MXene側的太陽光加熱和輻射制熱溫度分別比AgNWs側高16 ℃和1.7 ℃。另外，MCAP還具有優異的電加熱、自清潔、抗菌、電磁屏蔽和可穿戴性等，在個人熱管理領域展現出了巨大的應用前景。該研究以“A Janus Textile with Tunable Heating Modes toward Precise Personal Thermal Management in Cold Conditions”為題發表在國際著名期刊《Small》上（DOI: 10.1002/smll.202308194）。

圖1 MCAP的強弱制熱模式熱傳輸示意圖

圖2 MCAP的制備路線示意圖

圖3 MCAP兩側的SEM、EDS照片、截面SEM照片和XRD譜圖

圖4 MCAP的輻射制熱性能

圖5 MCAP的太陽能加熱性能

圖6 MCAP的可穿戴性

該論文陜西科技大學為唯一署名單位，第一作者為陜西科技大學輕工科學與工程學院（柔性電子學院）博士研究生唐立濤，通訊作者為陜西科技大學輕工科學與工程學院（柔性電子學院）呂斌教授、高黨鴿教授和馬建中教授。該工作是團隊關于個人熱管理材料相關研究的最新進展之一，團隊在近一年中以親膚舒適的棉織物為基材，還開發了多模態制熱棉織物（Journal of Cleaner Production 2023, 425, 138992）和耐用被動式制熱棉織物（Chemical Engineering Journal 2023, 465, 142829），并探究了其制熱機制，為開發個人熱管理棉紡織品提供了新思路。

原文鏈接：https://doi.org/10.1002/smll.202308194

下載：A Janus Textile with Tunable Heating Modes toward Precise Personal Thermal Management in Cold Conditions

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（責任編輯：xu）

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