东华大学王先锋教授团队《ADVANCED MATERIALS》:透气双模式仿皮纳米纺织品,可实现高效的日间辐射冷却和加热

  • 发布时间:2024.09.14
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2024年6月19日,东华大学王先锋教授研究团队在《ADVANCED MATERIALS》(IF:27.4)上发表了“Breathable Dual-Mode Leather-Like Nanotextile for Efficient Daytime Radiative Cooling and Heating”。开发出一款透气双模态皮革状纳米织物(LNT),通过一步电纺技术,实现高效日间辐射冷却与加热。这项创新为个人热管理带来革命性改变,为全天候智能服装开辟新天地!
 
一、研究要点

研究背景:目前大多数热管理材料通常功能单一,温度调节范围较窄,且缺乏透气性、柔软性和可拉伸性,导致穿着体验不佳且应用场景有限。

 

研究方法:通过一步静电纺丝技术开发了一种具有不对称皱纹光子微结构和 Janus 润湿性的透气双模仿皮纳米纺织品 (LNT),用于高效的个人热管理。LNT 是通过将具有焊接纤维网络的亲水冷却层自粘合到疏水光热层上来合成的,构建了具有卓越光学性能、润湿梯度和独特纹理的双层皱纹结构。

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图1:具有不对称结构的可呼吸双模LNT,用于个人热管理。
 
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图2:双模LNT的制备、形貌和光学特性。

 

双模态功能:LNT具有具有不对称皱纹光子微结构和双面润湿性,能够在冷却模式下反射阳光以减少热量吸收,在加热模式下吸收太阳能以增加热量。

 

高效温度调节:LNT 在阳光下表现出高效的冷却能力 (22.0 °C) 和加热能力 (22.1 °C),扩大了热管理区 (比典型纺织品宽 28.3 °C)。

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图3:a) 具有褶皱结构和双面皮革纹理的双模LNT的形成过程和机理。b) 冷却侧和c)加热侧微观结构和织构的动态变化,拉伸在24±0.5°c下进行,加载和卸载速率相同,为10 mm min﹣¹。d) LNT冷却侧的计算模型表明,水分子从腔室中被捕获,并通过氢键与聚合物链结合。S0、S1和S2分别表示水分子传输的0、5和8ps。e) 初始200ps中水分子和纤维网络之间的氢键总数。

 

优良的穿着性能:LNT具备良好的透气性、柔软性、伸展性和吸湿排汗能力,提供了舒适的穿着体验。

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图4:a) 应力-应变曲线b)LNT、PU/Al2O3/TF膜、PU/Al2O3膜和PU/CB/FA膜的杨氏模量和韧性。c) LNT在40%、80%、120%和160%应变下的拉伸加载和卸载应力-应变曲线。d) LNT 50%应变下的1000周疲劳试验。e) 棉花、LNT和商用人造革的柔软度测试。插图展示了LNT的柔软性和灵活性。f) LNT与商用人造革(如超细纤维革(MAL)、针织革(KAL)、针刺革(NAL)和编织革(WAL))透气性的比较。g) LNT冷却侧(亲水性)和加热侧(疏水性)WCA随时间的动态变化。h) LNT底部和顶部表面的实时相对含水量。水在冷却侧扩散。

 

环境适应性:LNT能够适应不同的环境条件和气候变化,为穿着者提供适宜的微气候环境(比典型纺织品低 1.6∼8.0 °C 和高 1.0∼7.1 °C)。

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图5:双模LNT的室外热测量、实际磨损测试和潜在应用测试。
 
二、未来展望

智能服装:研究展示了LNT在可持续智能服装领域的应用潜力,为全天候智能服装的开发提供了新的可能性。

 

医疗健康:LNT的温控特性在医疗领域具有潜在应用价值。

 

工业应用:LNT的高效热管理能力,有望在工业领域发挥作用。

 

论文链接:https://doi.org/10.1002/adma.202403223

 

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