400-823-0080
info@biofabrication.cn     
当前位置: 主页 > 动态资讯 > 学术动态 > 用于个人热管理的辐射冷却纳米织物

用于个人热管理的辐射冷却纳米织物

学术动态    2022-06-08 16:29

DOI: 10.1021/acsami.2c05115

 

一种能够反射入射阳光并同时传输中红外辐射的可穿戴纺织品将对人体在室外环境中的热调节产生重大影响。然而,开发这种纺织品是一项艰巨的挑战。本工作利用纳米粒子掺杂聚合物(氧化锌和聚乙烯)材料和静电纺丝技术,研发了一种具有所需光学性能和良好适用性的纳米织物。该织物提供了一种具有出色太阳反射率(91%)和中红外透射率(81%)的凉爽纤维结构。在阳光直射下的户外现场测试中,与棉织物覆盖的皮肤相比,纳米织物可使模拟皮肤温度降低9℃。还建立了一个传热模型,以数值方式评估纳米织物的冷却性能与各种气候因素的关系,包括太阳强度、环境空气温度、大气排放、风速和寄生热损失率。结果表明,在大多数情况下,纳米织物可以完全释放人体不必要的热应力,提供额外的冷却效果,并证明了其在全球范围内的可行性。即使在某些极端条件下,与传统棉纺织品相比,纳米织物也可以减少人体的冷却需求,证明这种材料是一种能够更好调节人体体温的可行解决方案。综上,这种纺织品的简便制造为日常生活中大规模采用无能源个人冷却技术铺平了道路,有利于满足日益增长的医疗保健、气候变化和可持续性需求。

 

图1.RCNF的形态和设计。(a)RCNF连续制备示意图。(b)所制备的电纺RCNF的照片。(c)不同电压水平下RCNF的扫描电子显微镜(SEM)图像。(d)直径、厚度和孔径与不同电压水平的关系。(e)原始和热压RCNFs的SEM图像。(f)原始和热压RCNFs的拉伸应力特性。

 

图2.RCNF的辐射冷却性能。(a)RCNF和棉花的中红外透射率。(b)RCNF和棉花的UV-vis-NIR反射光谱。(c)热测量装置示意图如下:模拟皮肤的加热器、测量模拟皮肤温度的热电偶和覆盖模拟皮肤的纺织品样品。(d)香港晴朗夏日的室外热测量装置照片。(e)在香港的一个晴朗夏日,使用热电偶连续2小时测量RCNF、棉花和模拟裸露皮肤的温度,当地天气条件包括风速、湿度、环境空气温度和太阳强度,通过气象站进行测量。

 

图3.RCNF和棉花冷却性能的数值评估。(a)通过室外现场测试(实心圆形)和数值热平衡模型(空心方形)获得的皮肤模拟加热器温度的比较。(b)计算在整个现场测试期间皮肤保持34℃的冷却需求。(c)根据经验结果计算的裸露皮肤、棉覆盖皮肤和RCNF覆盖皮肤的冷却需求。(d)不同大气排放下棉花(虚线)和RCNF(实线)的冷却需求与环境空气温度的函数关系。(e)不同太阳强度水平下棉花(虚线)和RCNF(实线)的冷却需求与环境空气温度的函数关系。(f)不同风速下棉花(虚线)和RCNF(实线)的冷却需求与环境空气温度的函数关系。

 

图4.RCNF的耐磨性能。(a)RCNF和棉花的透气性。(b)RCNF和棉花的水蒸气传输。(c)RCNF和棉花的水分蒸发率。(d)RCNF和棉花的传导热损失。(e)RCNF和棉花的暖/冷触感(Qmax)。(f)RCNF在50次洗涤循环后的太阳反射率和中红外透射率。