隨著社會的發(fā)展，當(dāng)前生活環(huán)境中對人們身體健康造成影響的因素越來越多，例如極端氣候事件頻發(fā)導(dǎo)致環(huán)境溫度的變化；可穿戴電子設(shè)備的快速普及導(dǎo)致電磁輻射污染加劇。因此，亟需開發(fā)同時具備可切換熱管理和電磁干擾屏蔽功能的織物，通過多重功能防護(hù)作用以確保穿著者的舒適性和安全性。
近期，東南大學(xué)和南京工程學(xué)院的研究團(tuán)隊(duì)合作，通過將氮化硼納米片（BNNS）嵌入到多孔聚氨酯基質(zhì)中，MXene填充到另一層聚氨酯孔隙中，開發(fā)了一種集被動輻射冷卻、太陽能加熱和電磁干擾屏蔽于一體的Janus結(jié)構(gòu)織物，為實(shí)現(xiàn)適應(yīng)環(huán)境變化和防電磁輻射的個人熱管理提供了一種可行的策略。
研究人員通過非溶劑誘導(dǎo)相分離制備了BNNS@TPU織物和MXene/TPU織物，隨后在這兩種織物之間熱壓一層TPU熱熔膠網(wǎng)膜形成界面黏合很強(qiáng)的Janus織物。由于BNNS固有的疏水性嵌入在TPU基質(zhì)中，形成了不規(guī)則的孔隙結(jié)構(gòu)；而MXene由于其固有的親水性填充在TPU的孔隙中。
Janus織物的制備流程及表征
BNNS在多孔TPU基質(zhì)中的嵌入改善了孔徑分布，增強(qiáng)了散射效率。BNNS@TPU織物具有高達(dá)94.2%的太陽反射率和93.8 W/m2的凈冷卻功率。而MXene的填充使TPU的太陽吸收率從初始的低水平（11.5%）提高到高水平（96.8%）。在1個太陽輻照下，MXene/TPU織物的溫度在60s內(nèi)快速升至46°C，最終在600 s時達(dá)到54°C。
MXene/TPU織物的光熱轉(zhuǎn)換特性
近期，東南大學(xué)和南京工程學(xué)院的研究團(tuán)隊(duì)合作，通過將氮化硼納米片（BNNS）嵌入到多孔聚氨酯基質(zhì)中，MXene填充到另一層聚氨酯孔隙中，開發(fā)了一種集被動輻射冷卻、太陽能加熱和電磁干擾屏蔽于一體的Janus結(jié)構(gòu)織物，為實(shí)現(xiàn)適應(yīng)環(huán)境變化和防電磁輻射的個人熱管理提供了一種可行的策略。
研究人員通過非溶劑誘導(dǎo)相分離制備了BNNS@TPU織物和MXene/TPU織物，隨后在這兩種織物之間熱壓一層TPU熱熔膠網(wǎng)膜形成界面黏合很強(qiáng)的Janus織物。由于BNNS固有的疏水性嵌入在TPU基質(zhì)中，形成了不規(guī)則的孔隙結(jié)構(gòu)；而MXene由于其固有的親水性填充在TPU的孔隙中。
Janus織物的制備流程及表征
BNNS在多孔TPU基質(zhì)中的嵌入改善了孔徑分布，增強(qiáng)了散射效率。BNNS@TPU織物具有高達(dá)94.2%的太陽反射率和93.8 W/m2的凈冷卻功率。而MXene的填充使TPU的太陽吸收率從初始的低水平（11.5%）提高到高水平（96.8%）。在1個太陽輻照下，MXene/TPU織物的溫度在60s內(nèi)快速升至46°C，最終在600 s時達(dá)到54°C。
MXene/TPU織物的光熱轉(zhuǎn)換特性
除了出色的可切換戶外個人熱管理能力外，Janus織物還具有出色的電磁干擾屏蔽性能。隨著MXene含量的增加，MXene/TPU織物的電導(dǎo)率從0升到156.8 S/m，實(shí)現(xiàn)了大幅提高。反射、多重內(nèi)部反射和吸收的協(xié)同效應(yīng)造就了MXene/TPU織物卓越的電磁干擾屏蔽性能。
MXene/TPU織物的電磁干擾屏蔽特性
Janus織物可通過簡單的翻轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)冷卻和加熱模式的切換。在84 mW/cm2太陽輻照度下，冷卻側(cè)和加熱側(cè)分別實(shí)現(xiàn)了平均7.2 ℃的亞環(huán)境溫度冷卻和46.0 ℃的超環(huán)境溫度加熱。與純棉T恤相比，冷卻側(cè)織物下的皮膚溫度降低了3 °C，而加熱側(cè)織物下的皮膚溫度提高了13 °C，表明Janus織物能夠適應(yīng)季節(jié)和天氣的變化，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)的室外熱管理。
Janus織物可切換的戶外熱管理性能
此外，Janus織物還具有極佳的穿著舒適性和耐用性，這歸功于多孔TPU固有的柔韌性、超彈性、耐用性和輕質(zhì)特性?？椢锏哪陀眯灾饕w現(xiàn)在機(jī)械穩(wěn)定性、耐磨性、耐洗性和阻燃性。
Janus織物的可穿戴性能
相關(guān)成果以“Versatile and Comfortable Janus Fabrics for Switchable Personal Thermal Management and Electromagnetic Interference Shielding”為題發(fā)表在Advanced Fiber Materials上。
MXene/TPU織物的電磁干擾屏蔽特性
Janus織物可通過簡單的翻轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)冷卻和加熱模式的切換。在84 mW/cm2太陽輻照度下，冷卻側(cè)和加熱側(cè)分別實(shí)現(xiàn)了平均7.2 ℃的亞環(huán)境溫度冷卻和46.0 ℃的超環(huán)境溫度加熱。與純棉T恤相比，冷卻側(cè)織物下的皮膚溫度降低了3 °C，而加熱側(cè)織物下的皮膚溫度提高了13 °C，表明Janus織物能夠適應(yīng)季節(jié)和天氣的變化，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)的室外熱管理。
Janus織物可切換的戶外熱管理性能
此外，Janus織物還具有極佳的穿著舒適性和耐用性，這歸功于多孔TPU固有的柔韌性、超彈性、耐用性和輕質(zhì)特性?？椢锏哪陀眯灾饕w現(xiàn)在機(jī)械穩(wěn)定性、耐磨性、耐洗性和阻燃性。
Janus織物的可穿戴性能
相關(guān)成果以“Versatile and Comfortable Janus Fabrics for Switchable Personal Thermal Management and Electromagnetic Interference Shielding”為題發(fā)表在Advanced Fiber Materials上。
