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一种兼具温度管理和电磁屏蔽效果的Janus织物

放大字体  缩小字体 发布日期:2024-05-09  来源:Advanced Fiber Materials、纺织导报  浏览次数:40
核心提示:随着社会的发展,当前生活环境中对人们身体健康造成影响的因素越来越多,例如极端气候事件频发导致环境温度的变化;可穿戴电子
      随着社会的发展,当前生活环境中对人们身体健康造成影响的因素越来越多,例如极端气候事件频发导致环境温度的变化;可穿戴电子设备的快速普及导致电磁辐射污染加剧。因此,亟需开发同时具备可切换热管理和电磁干扰屏蔽功能的织物,通过多重功能防护作用以确保穿着者的舒适性和安全性。
      近期,东南大学和南京工程学院的研究团队合作,通过将氮化硼纳米片(BNNS)嵌入到多孔聚氨酯基质中,MXene填充到另一层聚氨酯孔隙中,开发了一种集被动辐射冷却、太阳能加热和电磁干扰屏蔽于一体的Janus结构织物,为实现适应环境变化和防电磁辐射的个人热管理提供了一种可行的策略。
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      研究人员通过非溶剂诱导相分离制备了BNNS@TPU织物和MXene/TPU织物,随后在这两种织物之间热压一层TPU热熔胶网膜形成界面黏合很强的Janus织物。由于BNNS固有的疏水性嵌入在TPU基质中,形成了不规则的孔隙结构;而MXene由于其固有的亲水性填充在TPU的孔隙中。
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Janus织物的制备流程及表征
      BNNS在多孔TPU基质中的嵌入改善了孔径分布,增强了散射效率。BNNS@TPU织物具有高达94.2%的太阳反射率和93.8 W/m2的净冷却功率。而MXene的填充使TPU的太阳吸收率从初始的低水平(11.5%)提高到高水平(96.8%)。在1个太阳辐照下,MXene/TPU织物的温度在60s内快速升至46°C,最终在600 s时达到54°C。
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MXene/TPU织物的光热转换特性
      除了出色的可切换户外个人热管理能力外,Janus织物还具有出色的电磁干扰屏蔽性能。随着MXene含量的增加,MXene/TPU织物的电导率从0升到156.8 S/m,实现了大幅提高。反射、多重内部反射和吸收的协同效应造就了MXene/TPU织物卓越的电磁干扰屏蔽性能。
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MXene/TPU织物的电磁干扰屏蔽特性
      Janus织物可通过简单的翻转实现冷却和加热模式的切换。在84 mW/cm2太阳辐照度下,冷却侧和加热侧分别实现了平均7.2 ℃的亚环境温度冷却和46.0 ℃的超环境温度加热。与纯棉T恤相比,冷却侧织物下的皮肤温度降低了3 °C,而加热侧织物下的皮肤温度提高了13 °C,表明Janus织物能够适应季节和天气的变化,实现可持续的室外热管理。
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Janus织物可切换的户外热管理性能
      此外,Janus织物还具有极佳的穿着舒适性和耐用性,这归功于多孔TPU固有的柔韧性、超弹性、耐用性和轻质特性。织物的耐用性主要体现在机械稳定性、耐磨性、耐洗性和阻燃性。
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Janus织物的可穿戴性能
相关成果以“Versatile and Comfortable Janus Fabrics for Switchable Personal Thermal Management and Electromagnetic Interference Shielding”为题发表在Advanced Fiber Materials上。
 
 
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