一种具有先进热管理和电磁屏蔽的多功能材料

文摘   2025-01-27 08:59   山东  

转自洞见热管理


来源 | Small

链接 | https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/smll.202407571




01

背景介绍


热舒适是指一个人对热环境的心理满意度,在这种环境中,人们既不会感到太冷,也不会感到太热。一般情况下,人体的体温调节机制可以维持恒定的热舒适温度。然而,在复杂多变的低温环境中,机体难以有效调节体温,需要外部热源来补充和支持正常活动。为了维持人体的热舒适,广泛使用的外部热源,如空调或暖气,约占全球电力消耗的40%,并产生大量的温室气体。当建筑内部空间较大且包含许多非生物实体时,通过调节整个室内空间的温度来维持个人的热舒适能效较低。此外,热舒适阈值的个体差异使得空调供暖系统难以满足个性化的温度控制需求。因此,开发基于人体和局部微环境的个人热管理(personal thermal managementPTM)织物备受关注。



02

成果掠影研究方向



近日,陕西科技大学高党鸽、吕斌、马建中等团队针对PTM纺织品面临的加热模式单一、耐用性不足、制备工艺复杂等挑战取得最新进展。通过在棉织物(CF)上依次生长聚多巴胺(PDA)和银纳米颗粒(AgNPs),制备了全天候PTM纺织品(CPANS)。该纺织品具有高电导率、较高的吸收率和低的中红外发射率,保证了电热、光热以及辐射制热三种制热模式在棉织物表面的集成。CPANS具有优异的电磁屏蔽性能、良好的透气性、机械性能和热伪装性能。此外,CPANS优异的耐用性以及简单有效的制备方法进一步促进了可穿戴PTM纺织品的商业应用。这一设计拓宽了可穿戴PTM纺织品在寒冷冬季的应用场景,有望实现理想的个人热管理。相关研究成果以“A Durable Textile With Advanced Thermal Functions and Electromagnetic Shielding”为题发表于国际学术期刊《Small》。



03

图文导读


图1 CPANS的示意图


图2 CPANS的制备示意图


图3 CF(a1-a4)、CPA(b1-b4)、CPANS(c1-c4)的SEM照片;(d)CPANS的EDS映射照片;(e)CPANS的实物照片;(f-g)CF、CPA和CPANS的FT-IR(f)和XPS(g)谱图;(h)CPANS的Ag 3d高分辨拟合光谱


图4 (a)CF和CPANS的电导率;(b)不同驱动电压下CPANS的电加热温度曲线;(c)0.3 ~ 1.1 V和1.1 ~ 0.3 V电压下CPANS的电加热温度;(d)CPANS在不同驱动电压下的红外热成像照片;(e)CPANS电加热循环稳定性;(f)CPANS电热温度的持续稳定性(0.7 V驱动电压);(g)CPANS在不同形态(展开、弯曲、扭曲)和覆盖人体手指的红外热成像照片;(h)CPANS的电热除冰测试


图5 (a-b)CF和CPANS的中红外反射率(a)和发射率(b);(c)辐射制热性能测试装置示意图;(d-e) 模拟皮肤和覆盖CF、CPANS的模拟皮肤的实时温度曲线(d)和最终温度(e);(f)人体皮肤和被CF、CPANS覆盖的人体皮肤实时温度曲线;(g-h)放在热台上的CF和CPANS的数码照片(g)和红外热成像照片(h)CPANS的电热除冰测试


图6 CF、CPA和CPANS的太阳光谱吸收率;(b)太阳光加热性能测试装置示意图;(c)CF、CPA和CPANS在一个标准太阳辐照度(1000 W/m2)下的时间温度曲线;(d)CPANS在不同太阳辐照度下的时间温度曲线;(e)CPANS在不同太阳辐照度下的稳态温度和升温速率;(f)CPANS在一个标准太阳辐照度下的光热循环稳定性;(g-h)CF、CPA、黑色皮革和CPANS在晴天(f)和阴天(g)10:00-17:00的温度变化曲线;(i)CF、CPA和CPANS在一个标准光辐照度下的红外热成像照片。


图7 (a)CF和CPANS的电磁屏蔽性能;(b)不同层数的CPANS的电磁屏蔽性能。(c-g)CPANS在摩擦(c)、超声(d)、弯折(e)、洗涤(f)和胶带撕扯(g)循环后的电磁干扰屏蔽性能。(h-j)CF和CPANS特斯拉线圈电磁波的数字图像


图8 (a-c)CF、CPA和CPANS的水蒸气透过率(a)、透气性(b)和透气性宏观照片(c);(d)CF和CPANS的力学性能;(e)CPANS提起约10 Kg重物的数码照片;(f-g)CF、CPA和CPANS对金黄色葡萄球菌的抗菌性能(f)和大肠杆菌(g)的抗菌性能;(h-i)CPANS覆盖在蒲公英(h)和花(i)上的数字图像;(j-k)CPANS的可裁剪性(j)和灵活性(k)




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