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南工大陈苏团队/湘潭大学合作《Angew》:微流控纺丝不对称法构筑升降温可控Janus纺织面料新材料
发布时间:2022-09-15

       全球气候变化,极端天气频发,对人体健康和日常生活的威胁日益加剧,目前大量的研究致力于开发节能和环保的智能温度调节材料用于个人体温管理。

       近年来,基于纳米纤维的降温和升温材料被相继报道,纤维热管理材料具有便携穿戴、强度高易裁剪等特点,能够实现高效的人体降温或者保温管理。然而,如何开发兼具冬季保温、夏季降温的智能热调节纳米纤维织物仍然是一个挑战。针对上述问题,南京工业大学陈苏教授朱亮亮教授湘潭大学刘益江副教授合作,以银纳米纤维(AgNW)、还原氧化石墨烯(rGO)和聚偏氟乙烯-六氟丙烯(PVDF-HFP)纳米纤维作为对象,通过纤维微流控纺丝过程不对称组装方法,构建了具有不对称光热性能的AgNW/rGO/PVDF-HFP纳米纤维热调节材料,实现了升温和降温模式的选择性切换近日,该工作发表在Angew. Chem. Int. Ed.上,陈苏教授,朱亮亮教授刘益江副教授为共同通讯,解安全博士为第一作者。

       AgNW/rGO/PVDF-HFP纳米纤维织物独特的温度调节能力源于其不对称的组成结构。两种具有相反热性能的AgNW和PVDF-HFP纳米纤维通过不对称纺丝法组装到rGO的两侧,由于AgNW和PVDF-HFP纳米纤维相反的热辐射性能,使得光能转化的热量发生不对称传导,造成AgNW/rGO/PVDF-HFP纳米纤维织物两侧表现出相反的光热性能。无论光照方向,在1 kW m-2光强度下,AgNW侧温度始终比PVDF-HFP纳米纤维侧低11 oC。因此,将PVDF-HFP纳米纤维侧外穿时,对人体表现为降温模式,反之则为保温模式。

图1 纳米纤维织物制备过程及结构示意图

       在保温模式下,一个太阳光强度下,内部温度为41 oC,高于人体温度;而在降温模式下,内部温度为35 oC,低于人体温度,因此该织物通过调整正反面即可实现人体温度的调节,是节能环保、四季可穿智能衣物面料理想之选。为了进一步提高AgNW/rGO/PVDF-HFP纳米纤维织物的热调控能力,我们将光子晶体材料沉积到AgNW/rGO/PVDF-HFP复合膜上,光子晶体的周期有序结构能够提高复合纤维膜的反射冷却能力,在辐射冷却与反射冷却的协同作用下,复合纤维膜的降温能力显著提高,在一个太阳光照强度下,膜内外的温差达到了14.2 oC,在炎热夏天的室外或可使人体获得室内空调降温效果。

图2 纳米纤维织物光热调控性能

       此外,AgNW/rGO/PVDF-HFP纳米纤维膜还具有轻质、耐磨、透气和耐水洗等诸多优异特性。因此,该织物材料有望用于全季节智能温度调节服装面料新材料,为应对极端气候变化和可持续太阳能的利用提供新的思路。

图3 光子晶体增强被动降温性能

论文信息:Fiber-spinning Asymmetric Assembly for Janus-structured Bifunctional Nanofiber Films towards All-Weather Smart Textile.

Dr. An-Quan Xie, Prof. Liangliang Zhu,* Yunzheng Liang, Jian Mao, Prof. Yijiang Liu,* and Prof. Su Chen*.

Angew. Chem. Int. Ed. DOI: 10.1002/anie.202208592