個人熱管理技術(shù)的目標是只針對個人體溫進行調(diào)控，而不需要通過HVAC系統(tǒng)為整個建筑物加熱或冷卻，在不浪費多余能量的前提下實現(xiàn)人體溫度的調(diào)控作用。這種維護人體舒適性的高效節(jié)能的方式極具潛力，獲得了人們的廣泛關(guān)注。因此，將個人熱管理技術(shù)融入到可穿戴紡織品中，可實現(xiàn)在節(jié)能、熱舒適性、可穿戴電子設(shè)備以及智能面料等領(lǐng)域中的技術(shù)突破。然而，目前對于柔性溫控織物的研究仍然存在纖維織物的工作溫度有限、舒適性及穩(wěn)定性差等問題。

華中科技大學陶光明教授帶領(lǐng)的CAFF團隊在期刊ACS Appl. Mater. Interfaces上發(fā)表題為“Flexible and Robust Biomaterial Microstructured Coloured Textiles for Personal Thermoregulation”的論文。該團隊采用親膚的蠶絲蛋白為原料通過冷凍紡絲方法制備出具有良好隔熱性能的微結(jié)構(gòu)纖維（MF），并且通過在纖維微結(jié)構(gòu)中填充PEG相變材料以及在纖維上包覆PDMS涂層制備具有調(diào)節(jié)人體溫度功能的復合溫控纖維（PCMF/PDMS）（圖1a和b）。
 

圖1 纖維的工作原理、制備與結(jié)構(gòu)形貌表征。

如圖1c所示，根據(jù)SEM測試顯示，MF內(nèi)部由大量微孔結(jié)構(gòu)構(gòu)成。根據(jù)孔徑分布測試，MF中微孔主要分布在0.6-9.1 μm范圍內(nèi)。并且，通過原液染色技術(shù)可實現(xiàn)多色（RGB）微結(jié)構(gòu)纖維的制備（圖1g）。如圖1d所示，將PEG相變材料浸入微結(jié)構(gòu)纖維會導致纖維中的微孔被PEG填充并覆蓋，從而制備相變微結(jié)構(gòu)復合纖維（PCMF）。
 

圖2 微結(jié)構(gòu)纖維隔熱性能測試。

如圖2a和b所示，分別采用紅外相機和熱電偶對加熱臺上的MF織物進行隔熱性能測試。實驗表明，織物在-20-90℃范圍內(nèi)具有良好的雙向隔熱性能，其隔熱性能隨著織物層數(shù)的增加而增加。此外，MF織物在人體輻射波段還具有極低的紅外發(fā)射率（圖2c）；并且通過與市售保暖織物進行隔熱性能對比測試，可進一步說明MF織物具有更優(yōu)異的保暖性能（圖2d）。
 

圖3 PCMF/PDMS復合纖維疏水以及力學性能測試。

如圖3a-c所示，PCMF上包覆的PDMS涂層顯著提高了復合纖維的疏水性能，并且水滴在織物上具有較大的疏水角（113.1o）。此外，通過纖維的拉伸、彎曲以及纏繞測試可發(fā)現(xiàn)，PDMS涂層也有助于提高纖維的拉伸強度、柔性以及機械魯棒性能（圖3 d-h）。
 

圖4 PCMF/PDMS織物的溫度調(diào)控性能測試。

如圖4a所示，由PCMF/PDMS織物的時-溫曲線表明，此織物不僅可以顯著延緩環(huán)境溫度的升高或降低的速度，還具有良好的循環(huán)使用穩(wěn)定性。通過與裸露皮膚和市售聚酯纖維手套對比（分別置于10℃和50℃恒溫箱中），可進一步說明此溫控織物可應用于人體溫度管理，滿足個人熱舒適性需求。

本文制備MF織物所采用的材料和制造工藝與現(xiàn)有紡織工業(yè)相兼容，實現(xiàn)了優(yōu)異的溫度調(diào)控性、耐磨性及機械穩(wěn)定性。這項工作為基于個人熱管理的纖維織物的實際應用奠定了基礎(chǔ)，進一步推動了節(jié)能經(jīng)濟的可穿戴技術(shù)的發(fā)展。

原文鏈接：Wu J., Hu R., Zeng S., Xi W., Huang S., Deng J., Tao G.. Flexible and Robust Biomaterial Microstructured coloured Textiles for Personal Thermoregulation. ACS Appl. Mater. Interfaces 2020. DOI: 10.1021/acsami.0c02300.

https://doi.org/10.1021/acsami.0c02300


來源：高分子科技