现有的个人热调节织物无法满足可持续和保护性室外温度管理的需求。在此，通过将氮化硼纳米片嵌入多孔聚氨酯基质 (BNNS@TPU) 并将 Ti3C2Tx MXene 引入另一层 TPU 孔隙 (MXene/TPU) 中，开发出了一种多功能且舒适的 Janus 织物。多孔TPU基质中均匀分布的BNNS增强了折射率差异，增加了孔隙率并优化了孔径分布，从而获得了优异的太阳光反射率（R = 94.22%），而多孔TPU中MXene的独特分布有效提高了太阳光吸收率（α = 93.57%），并因多重散射和反射效应而增强电磁波的传导损耗。只需简单翻转，Janus 织物即可在  ~ 7.2 °C 的低温制冷和  ~ 46.0 °C 的高温加热之间切换，以适应不断变化的天气和季节条件。由于高导电性 MXene 的分层分布，该织物的电磁干扰屏蔽效率达到 36 dB，保护人体免受电磁辐射。此外，Janus 面料具有出色的舒适性、耐磨性、耐洗性和阻燃性，适合实际穿着。这项研究提出了开发具有适应环境变化和抗电磁辐射能力的个人热调节织物的有效策略。

 
图1. 集成辐射制冷、太阳能加热、EMI屏蔽功能的Janus织物在冷热室外环境下的应用示意图。辐射冷却是通过高太阳反射和高 ATW 发射来实现的。太阳能加热是通过高太阳能吸收来实现的。通过反射和吸收入射电磁波来实现 EMI 屏蔽。

 
图2. Janus 织物的制造过程示意图。 b BNNS@TPU 织物的 SEM 图像，插图显示水接触角。 c MXene/TPU 织物的 SEM 图像，插图显示水接触角。 d BNNS@TPU 织物的元素分布图。 e MXene/TPU 织物的元素分布图。 f TPU、BNNS、BNNS@TPU、MXene 和 MXene/TPU 的红外光谱。 g TPU、BNNS、BNNS@TPU、MXene 和 MXene/TPU 的 XRD 图。 h TPU、BNPU-1、BNPU-3、BNPU-5 和 BNPU-7 的热重图。 i TPU、MXTPU-1、MXTPU-3、MXTPU-5 和 MXTPU-7 的热重图。

 
图3. a TPU、BNPU-1、BNPU-3、BNPU-5 和 BNPU-7 的太阳反射率光谱。 b BNTPU-3的孔径分布。 c BNNS@TPU 中 0.5–10 μm 孔隙的散射效率。 d 有和没有 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 的红外发射率光谱。 h BNTPU-3 的白天制冷功率。 i BNTPU-3 夜间制冷功率。
 
  
图4. a TPU、MXTPU-1、MXTPU-3、MXTPU-5 和 MXTPU-7 的太阳吸收率光谱。 b TPU、MXTPU-5 和 MXTPU-7 的红外发射率光谱。 c TPU、MXTPU-1、MXTPU-3、MXTPU-5和MXTPU-7在1太阳辐照度下的温度-时间曲线。 d 不同太阳辐照度下MXTPU-7的温度-时间曲线。 e MXTPU-7 在 1 个太阳辐照度下的红外热图像。 f MXTPU-7 在 1 太阳辐照度下的循环稳定性。 g 不同太阳辐照度下MXTPU-7的加热功率
 
 
图5. a MXTPU-1、MXTPU-3、MXTPU-5 和 MXTPU-7 的电导率。 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 屏蔽组件：SER、SEA 和 SET。 g MXTPU-7 与其他屏蔽织物的厚度和 EMI SE 性能比较。 h MXTPU-1、MXTPU-3、MXTPU-5 和 MXTPU-7 的功率系数。 i MXene/TPU 织物电磁波耗散机制图解。
 
图6. a 室外温度测试设置示意图。 b 室外温度测试装置的光学照片（比例：5 厘米）。 c 太阳能功率计的光学照片。 d 2023年8月24日环境和测试样品的实时温度和太阳辐照度。 e 2023年8月24日记录的湿度和风速。 f 7月环境和测试样品的实时温度和太阳辐照度2023年7月24日。 g 2023年7月24日记录的湿度和风速。 h 阳光直射下主体的红外热图像，以及相应的光学照片。 i 2023年9月8日测试样品的实时温度和太阳辐照度。 j 2023年9月8日记录的湿度和风速。

 
图7. 由棉、Janus 织物和 Mylar 毯子制成的 WVTR。 b 棉和 Janus 织物的热扩散率和导热率。 c BNTPU-3、MXTPU-7 和 Janus 织物的应力-应变曲线。 d 双层Janus织物的T型剥离测试曲线。 e Janus 织物两面的耐磨损失。 f Janus 织物两面洗涤测试的光谱特性。 g TPU织物的燃烧过程。 h Janus织物的燃烧过程
 
       相关科研成果由东南大学Yuming Zhou等人于2024年发表在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
原文链接：https://doi.org/10.1007/s42765-024-00393-w

转自《石墨烯研究》公众号