热管理系统能够实现快速的热供应和按需的温度调节,对于人们的日常活动和工业生产有着至关重要的作用。然而传统的电热器件在进行热供应时,往往产生过强的热量,这些热量不仅会对受热对象造成严重的热损伤,且在断电后将迅速耗散,从而造成不必要的能量损失。尤其在面临户外极寒天气时,这些器件由于不具备持续的供热效果而需要外部能源的不间断供应。因此,如何设计一种可穿戴器件,以实现一套舒适供热并长期保温的热管理系统,对人们的生活、医疗以及极端环境下的作业都有重要意义。
图1. 非对称导电芳纶复合材料的制备过程和热管理机制
图2. 导电芳纶复合材料的形貌表征、热学性能和电学性能
图3. 导电芳纶复合材料的电加热和被动保温性能
图4. 导电芳纶复合材料的持久热供应演示
图5. 导电芳纶复合材料的红外隐身和隐蔽式热管理
由于银纳米线电子皮肤在红外波段具有较低的发射率(0.064~0.315)(图5c),导电芳纶复合材料的正面能够对人体进行红外屏蔽(图5d-e),且能够在极寒和高温环境中对军用车辆进行红外隐身。基于电子皮肤的焦耳热效应,该复合材料还可以在电加热情况下隐蔽自身的高温信息(图5h)。通过这种隐蔽式的热管理,在信息战中,士兵有望在得到热治疗的同时躲避敌方的热侦查,从而保障个人安全。
综上所述,该工作通过设计Janus传热结构实现了导电芳纶复合材料的舒适和长效的热管理能力,有望在极寒环境中保证人体的正常热供应并减少热损失。得益于电子皮肤的低红外发射率,该复合材料还巧妙地实现了热供应和热隐身的双重效果,能够对战时的人员提供隐蔽式的热治疗。
原文链接:Jianpeng Wu, Yu Wang, Pingan Song, Min Sang, Ziyang Fan, Yunqi Xu, Xinyi Wang, Shuai Liu, Zimu Li, Shouhu Xuan, Ken Cham-Fai Leung, and Xinglong Gong. Asymmetric Aramid Aerogel Composite with Durable and Covert Thermal Management via Janus Heat Transfer Structure. Nano Letters 2024.
https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.4c03652