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陜科大馬建中教授、呂斌教授、高黨鴿教授團(tuán)隊(duì) Small：基于制熱模式可調(diào)控的Janus紡織品實(shí)現(xiàn)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(huán)境中維持人體的熱舒適性對人體各項(xiàng)機(jī)能的正常運(yùn)轉(zhuǎn)至關(guān)重要。傳統(tǒng)室內(nèi)取暖措施（暖氣、空調(diào)及火爐等）消耗的能源約占全球能耗的47%，會產(chǎn)生大量的CO2，加劇了能源危機(jī)和溫室效應(yīng)。開發(fā)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(zhuǎn)換對人體皮膚微氣候進(jìn)行加熱，能夠高效地促進(jìn)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(xiàn)出了巨大的潛力。然而，現(xiàn)存的被動式制熱紡織品的制熱程度大多不可調(diào)控，難以適應(yīng)復(fù)雜多變的寒冷氣候。


  近日，陜西科技大學(xué)馬建中教授、呂斌教授和高黨鴿教授團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)開發(fā)了一種新型Janus紡織品，實(shí)現(xiàn)了對太陽能加熱和輻射制熱程度的主動可調(diào)。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(gòu)筑了聚二甲基硅氧烷修飾的一側(cè)密布二維過渡金屬碳/氮化物（MXene）納米片，另一側(cè)具有致密銀納米線（AgNWs）的非光學(xué)對稱特性被動式制熱棉織物（MCAP）。高光捕獲和低中紅外發(fā)射的MXene以及適中光捕獲和中紅外發(fā)射的AgNWs使得MCAP兩側(cè)具有不同強(qiáng)度的制熱模式，通過簡單的翻轉(zhuǎn)即可實(shí)現(xiàn)光熱和輻射制熱強(qiáng)度的按需精確調(diào)節(jié)。MXene側(cè)具有優(yōu)異的光熱轉(zhuǎn)換和人體熱輻射截留能力，該側(cè)的太陽光譜吸收率高至87.6%，中紅外發(fā)射率低至18.9%。AgNWs側(cè)具有適中的太陽光捕獲和人體熱輻射截留能力，該側(cè)的太陽光譜吸收率為59.8%，中紅外發(fā)射率為47.3%。MCAP兩側(cè)太陽光譜吸收率和中紅外發(fā)射率的差異使得MXene側(cè)的太陽光加熱和輻射制熱溫度分別比AgNWs側(cè)高16 ℃和1.7 ℃。另外，MCAP還具有優(yōu)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(lǐng)域展現(xiàn)出了巨大的應(yīng)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(fā)表在國際著名期刊《Small》上（DOI: 10.1002/smll.202308194）。


圖1 MCAP的強(qiáng)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(cè)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(xué)為唯一署名單位，第一作者為陜西科技大學(xué)輕工科學(xué)與工程學(xué)院（柔性電子學(xué)院）博士研究生唐立濤，通訊作者為陜西科技大學(xué)輕工科學(xué)與工程學(xué)院（柔性電子學(xué)院）呂斌教授、高黨鴿教授和馬建中教授。該工作是團(tuán)隊(duì)關(guān)于個人熱管理材料相關(guān)研究的最新進(jìn)展之一，團(tuán)隊(duì)在近一年中以親膚舒適的棉織物為基材，還開發(fā)了多模態(tài)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(jī)制，為開發(fā)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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