現(xiàn)有的個人熱調(diào)節(jié)織物無法滿足可持續(xù)和保護性室外溫度管理的需求。在此，通過將氮化硼納米片嵌入多孔聚氨酯基質(zhì) (BNNS@TPU) 并將 Ti3C2Tx MXene 引入另一層 TPU 孔隙 (MXene/TPU) 中，開發(fā)出了一種多功能且舒適的 Janus 織物。多孔TPU基質(zhì)中均勻分布的BNNS增強了折射率差異，增加了孔隙率并優(yōu)化了孔徑分布，從而獲得了優(yōu)異的太陽光反射率（R = 94.22%），而多孔TPU中MXene的獨特分布有效提高了太陽光吸收率（α = 93.57%），并因多重散射和反射效應(yīng)而增強電磁波的傳導(dǎo)損耗。只需簡單翻轉(zhuǎn)，Janus 織物即可在 ~ 7.2 °C 的低溫制冷和 ~ 46.0 °C 的高溫加熱之間切換，以適應(yīng)不斷變化的天氣和季節(jié)條件。由于高導(dǎo)電性 MXene 的分層分布，該織物的電磁干擾屏蔽效率達到 36 dB，保護人體免受電磁輻射。此外，Janus 面料具有出色的舒適性、耐磨性、耐洗性和阻燃性，適合實際穿著。這項研究提出了開發(fā)具有適應(yīng)環(huán)境變化和抗電磁輻射能力的個人熱調(diào)節(jié)織物的有效策略。
圖1. 集成輻射制冷、太陽能加熱、EMI屏蔽功能的Janus織物在冷熱室外環(huán)境下的應(yīng)用示意圖。輻射冷卻是通過高太陽反射和高 ATW 發(fā)射來實現(xiàn)的。太陽能加熱是通過高太陽能吸收來實現(xiàn)的。通過反射和吸收入射電磁波來實現(xiàn) EMI 屏蔽。
圖2. Janus 織物的制造過程示意圖。 b BNNS@TPU 織物的 SEM 圖像，插圖顯示水接觸角。 c MXene/TPU 織物的 SEM 圖像，插圖顯示水接觸角。 d BNNS@TPU 織物的元素分布圖。 e MXene/TPU 織物的元素分布圖。 f TPU、BNNS、BNNS@TPU、MXene 和 MXene/TPU 的紅外光譜。 g TPU、BNNS、BNNS@TPU、MXene 和 MXene/TPU 的 XRD 圖。 h TPU、BNPU-1、BNPU-3、BNPU-5 和 BNPU-7 的熱重圖。 i TPU、MXTPU-1、MXTPU-3、MXTPU-5 和 MXTPU-7 的熱重圖。
圖3. a TPU、BNPU-1、BNPU-3、BNPU-5 和 BNPU-7 的太陽反射率光譜。 b BNTPU-3的孔徑分布。 c BNNS@TPU 中 0.5–10 μm 孔隙的散射效率。 d 有和沒有 BNNS 的 TPU 中大孔 (8.04 μm) 和小孔 (1.65 μm) 的散射效率。 e TPU、BNPU-1、BNPU-3、BNPU-5 和 BNPU-7 的密度和孔隙率。 f 不同孔隙率的散射截面。 g TPU、BNPU-3、BNPU-5 和 BNPU-7 的紅外發(fā)射率光譜。 h BNTPU-3 的白天制冷功率。 i BNTPU-3 夜間制冷功率。
圖4. a TPU、MXTPU-1、MXTPU-3、MXTPU-5 和 MXTPU-7 的太陽吸收率光譜。 b TPU、MXTPU-5 和 MXTPU-7 的紅外發(fā)射率光譜。 c TPU、MXTPU-1、MXTPU-3、MXTPU-5和MXTPU-7在1太陽輻照度下的溫度-時間曲線。 d 不同太陽輻照度下MXTPU-7的溫度-時間曲線。 e MXTPU-7 在 1 個太陽輻照度下的紅外熱圖像。 f MXTPU-7 在 1 太陽輻照度下的循環(huán)穩(wěn)定性。 g 不同太陽輻照度下MXTPU-7的加熱功率
圖5. a MXTPU-1、MXTPU-3、MXTPU-5 和 MXTPU-7 的電導(dǎo)率。 b MXTPU-1、MXTPU-3、MXTPU-5 和 MXTPU-7 的 EMI SE。 c–f MXTPU-1、MXTPU-3、MXTPU-5 和 MXTPU-7 的特定 EMI 屏蔽組件：SER、SEA 和 SET。 g MXTPU-7 與其他屏蔽織物的厚度和 EMI SE 性能比較。 h MXTPU-1、MXTPU-3、MXTPU-5 和 MXTPU-7 的功率系數(shù)。 i MXene/TPU 織物電磁波耗散機制圖解。
圖6. a 室外溫度測試設(shè)置示意圖。 b 室外溫度測試裝置的光學(xué)照片（比例：5 厘米）。 c 太陽能功率計的光學(xué)照片。 d 2023年8月24日環(huán)境和測試樣品的實時溫度和太陽輻照度。 e 2023年8月24日記錄的濕度和風(fēng)速。 f 7月環(huán)境和測試樣品的實時溫度和太陽輻照度2023年7月24日。 g 2023年7月24日記錄的濕度和風(fēng)速。 h 陽光直射下主體的紅外熱圖像，以及相應(yīng)的光學(xué)照片。 i 2023年9月8日測試樣品的實時溫度和太陽輻照度。 j 2023年9月8日記錄的濕度和風(fēng)速。
圖7. 由棉、Janus 織物和 Mylar 毯子制成的 WVTR。 b 棉和 Janus 織物的熱擴散率和導(dǎo)熱率。 c BNTPU-3、MXTPU-7 和 Janus 織物的應(yīng)力-應(yīng)變曲線。 d 雙層Janus織物的T型剝離測試曲線。 e Janus 織物兩面的耐磨損失。 f Janus 織物兩面洗滌測試的光譜特性。 g TPU織物的燃燒過程。 h Janus織物的燃燒過程
相關(guān)科研成果由東南大學(xué)Yuming Zhou等人于2024年發(fā)表在Advanced Fiber Materials（https://doi.org/10.1007/s42765-024-00393-w）上。原文：Versatile and Comfortable Janus Fabrics for Switchable Personal Thermal Management and Electromagnetic Interference Shielding
原文鏈接：https://doi.org/10.1007/s42765-024-00393-w
轉(zhuǎn)自《石墨烯研究》公眾號
