郑州大学王建峰/王万杰 AFM：超低红外发射透气聚合物织物用于红外隐身及高效电磁-热管理

2025-01-26 来源：高分子科技

随着红外成像技术的飞速发展，红外探测在建筑、军事、电子设备以及纺织等行业的应用越来越广泛，使得红外隐身技术受到高度重视。根据斯蒂芬-玻尔兹曼定律，物体红外热辐射能力的大小取决于物体的红外发射率和真实温度。通过调控物体的红外发射率，可以有效降低其表面热辐射能量，从而实现红外隐身。普通有机高分子纺织材料的分子结构和组织结构导致其表面的发射率很高，难以躲避红外探测器的侦查和跟踪。近年来，越来越多的研究工作集中在调节织物的中红外发射率，旨在减少人体红外热辐射损失，抑制局部热辐射，提升红外伪装能力。研究人员通过浸渍、表面涂覆、化学镀或磁控溅射等方法，使用低红外发射材料改性传统有机高分子织物，制备了一系列具有低发射特性的红外隐身织物。然而，低红外发射织物的研究仍然存在诸多挑战，尤其是透气性。传统织物孔隙通常较大，具有良好的透气性，但红外辐射可轻松透过。现有的低红外发射复合织物通过减少孔隙尺寸，使其小于红外辐射波长，从而有效阻止中红外辐射的穿透。但孔隙尺寸的减小显著降低了织物透气性，无法满足人体舒适性需求。此外，孔隙尺寸的变化还会影响织物的力学性能和导电性。如何制备兼具低红外发射、透气、高强度和导电性的聚合物红外隐身织物，依然是亟待解决的关键问题。

近日，郑州大学材料学院王建峰副教授/王万杰教授团队报道了一种透气、机械强度高、导电性强的超低红外发射聚合物织物。通过在商业化的尼龙织物上进行化学镀银纳米颗粒，并辅以一层热融尼龙多孔网中间层，构建独特的非贯穿孔结构，实现符合国际标准2级要求的透气性，满足运动服、夹克外套等户外服装的舒适性需求。多孔网中间层在织物表面建立了连续的网络通道，促进了纳米银颗粒在织物内部和表面的均匀附着，赋予织物卓越的导电性（51315 S/m）和电磁屏蔽性能（78 dB），有效反射人体发出的红外热辐射，实现95.2%的高反射率和4.4%的超低发射率，展现出优异的红外隐身和被动辐射加热效果，能使模拟皮肤的温度升高7.7°C。多孔网膜和银层通过氢键和配位键实现较强的附着力，显著增强织物的机械强度（110 MPa）。该超织物能够灵活整合被动辐射加热、太阳能加热和焦耳加热模式，提供适应性强和快速响应的节能加热能力，满足多样的室内和室外环境以及不同的加热需求。该超织物还展现优异的抗菌活性、阻燃性、吸汗性、快干性和可洗性，使其在红外隐身、信息传输、军事安全、可穿戴个人热管理及电磁防护等领域展现出广阔的应用前景。该研究以“Infrared Ultralow-Emissivity Polymeric Metafabric Conductors Enabling Remarkable Electromagnetic and Thermal Management”为题发表在最新一期的《Advanced Functional Materials》上（doi/10.1002/adfm.202421347）。