現有的個人熱調節織物無法滿足可持續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 (BNNS@TPU) 并將 Ti3C2Tx MXene 引入另一層 TPU 孔隙 (MXene/TPU) 中，開發出了一種多功能且舒適的 Janus 織物。多孔TPU基質中均勻分布的BNNS增強了折射率差異，增加了孔隙率并優化了孔徑分布，從而獲得了優異的太陽光反射率（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而增強電磁波的傳導損耗。只需簡單翻轉，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，以適應不斷變化的天氣和季節條件。由于高導電性 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具有適應環境變化和抗電磁輻射能力的個人熱調節織物的有效策略。
圖1. 集成輻射制冷、太陽能加熱、EMI屏蔽功能的Janus織物在冷熱室外環境下的應用示意圖。輻射冷卻是通過高太陽反射和高 ATW 發射來實現的。太陽能加熱是通過高太陽能吸收來實現的。通過反射和吸收入射電磁波來實現 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穩定性。 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。 i MXene/TPU 織物電磁波耗散機制圖解。
圖6. a 室外溫度測試設置示意圖。 b 室外溫度測試裝置的光學照片（比例：5 厘米）。 c 太陽能功率計的光學照片。 d 2023年8月24日環境和測試樣品的實時溫度和太陽輻照度。 e 2023年8月24日記錄的濕度和風速。 f 7月環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日記錄的濕度和風速。 h 陽光直射下主體的紅外熱圖像，以及相應的光學照片。 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熱率。 c BNTPU-3、MXTPU-7 和 Janus 織物的應力-應變曲線。 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
相關科研成果由東南大學Yuming Zhou等人于2024年發表在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
轉自《石墨烯研究》公眾號
