陕科大马建中教授、吕斌教授、高党鸽教授团队 Small：基于制热模式可调控的Janus纺织品实现寒冷天气下的精确人体热管理

2023-12-12 来源：高分子科技

寒冷环境中维持人体的热舒适性对人体各项机能的正常运转至关重要。传统室内取暖措施（暖气、空调及火炉等）消耗的能源约占全球能耗的47%，会产生大量的CO₂，加剧了能源危机和温室效应。开发低能耗、高制热效率的保暖材料迫在眉睫。被动式制热纺织品通过截留人体热辐射耗散和光热转换对人体皮肤微气候进行加热，能够高效地促进人体的热舒适性，在减少建筑能耗和满足人体热舒适度方面展现出了巨大的潜力。然而，现存的被动式制热纺织品的制热程度大多不可调控，难以适应复杂多变的寒冷气候。

近日，陕西科技大学马建中教授、吕斌教授和高党鸽教授团队设计开发了一种新型Janus纺织品，实现了对太阳能加热和辐射制热程度的主动可调。该研究选取亲肤舒适的棉织物为基材，通过浸渍和自然沉积的方法，构筑了聚二甲基硅氧烷修饰的一侧密布二维过渡金属碳/氮化物（MXene）纳米片，另一侧具有致密银纳米线（AgNWs）的非光学对称特性被动式制热棉织物（MCAP）。高光捕获和低中红外发射的MXene以及适中光捕获和中红外发射的AgNWs使得MCAP两侧具有不同强度的制热模式，通过简单的翻转即可实现光热和辐射制热强度的按需精确调节。MXene侧具有优异的光热转换和人体热辐射截留能力，该侧的太阳光谱吸收率高至87.6%，中红外发射率低至18.9%。AgNWs侧具有适中的太阳光捕获和人体热辐射截留能力，该侧的太阳光谱吸收率为59.8%，中红外发射率为47.3%。MCAP两侧太阳光谱吸收率和中红外发射率的差异使得MXene侧的太阳光加热和辐射制热温度分别比AgNWs侧高16 ℃和1.7 ℃。另外，MCAP还具有优异的电加热、自清洁、抗菌、电磁屏蔽和可穿戴性等，在个人热管理领域展现出了巨大的应用前景。该研究以“A Janus Textile with Tunable Heating Modes toward Precise Personal Thermal Management in Cold Conditions”为题发表在国际著名期刊《Small》上（DOI: 10.1002/smll.202308194）。

图1 MCAP的强弱制热模式热传输示意图

图2 MCAP的制备路线示意图

图3 MCAP两侧的SEM、EDS照片、截面SEM照片和XRD谱图

图4 MCAP的辐射制热性能

图5 MCAP的太阳能加热性能

图6 MCAP的可穿戴性

该论文陕西科技大学为唯一署名单位，第一作者为陕西科技大学轻工科学与工程学院（柔性电子学院）博士研究生唐立涛，通讯作者为陕西科技大学轻工科学与工程学院（柔性电子学院）吕斌教授、高党鸽教授和马建中教授。该工作是团队关于个人热管理材料相关研究的最新进展之一，团队在近一年中以亲肤舒适的棉织物为基材，还开发了多模态制热棉织物（Journal of Cleaner Production 2023, 425, 138992）和耐用被动式制热棉织物（Chemical Engineering Journal 2023, 465, 142829），并探究了其制热机制，为开发个人热管理棉纺织品提供了新思路。

原文链接：https://doi.org/10.1002/smll.202308194

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

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（责任编辑：xu）

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