全球氣候變化，極端天氣頻發(fā)，對人體健康和日常生活的威脅日益加劇，目前大量的研究致力于開發(fā)節(jié)能和環(huán)保的智能溫度調(diào)節(jié)材料用于個人體溫管理。
近年來，基于納米纖維的降溫和升溫材料被相繼報道，纖維熱管理材料具有便攜穿戴、強(qiáng)度高易裁剪等特點，能夠?qū)崿F(xiàn)高效的人體降溫或者保溫管理。然而，如何開發(fā)兼具冬季保溫、夏季降溫的智能熱調(diào)節(jié)納米纖維織物仍然是一個挑戰(zhàn)。
近日，南京工業(yè)大學(xué)的陳蘇教授、朱亮亮教授和湘潭大學(xué)的劉益江副教授合作，以銀納米纖維（AgNW）、還原氧化石墨烯(rGO)和聚偏氟乙烯-六氟丙烯(PVDF-HFP)納米纖維作為對象，通過纖維微流控紡絲過程不對稱組裝方法，構(gòu)建了具有不對稱光熱性能的AgNW/rGO/PVDF-HFP納米纖維熱調(diào)節(jié)材料，實現(xiàn)了升溫和降溫模式的選擇性切換。
AgNW/rGO/PVDF-HFP納米纖維織物獨特的溫度調(diào)節(jié)能力源于其不對稱的組成結(jié)構(gòu)。兩種具有相反熱性能的AgNW和PVDF-HFP納米纖維通過不對稱紡絲法組裝到rGO的兩側(cè)，由于AgNW和PVDF-HFP納米纖維相反的熱輻射性能，使得光能轉(zhuǎn)化的熱量發(fā)生不對稱傳導(dǎo)，造成AgNW/rGO/PVDF-HFP納米纖維織物兩側(cè)表現(xiàn)出相反的光熱性能。無論光照方向，在1 kW m-2光強(qiáng)度下，AgNW側(cè)溫度始終比PVDF-HFP納米纖維側(cè)低11 ℃。因此，將PVDF-HFP納米纖維側(cè)外穿時，對人體表現(xiàn)為降溫模式，反之則為保溫模式。
為了進(jìn)一步提高AgNW/rGO/PVDF-HFP納米纖維織物的熱調(diào)控能力，我們將光子晶體材料沉積到AgNW/rGO/PVDF-HFP復(fù)合膜上，光子晶體的周期有序結(jié)構(gòu)能夠提高復(fù)合纖維膜的反射冷卻能力，在輻射冷卻與反射冷卻的協(xié)同作用下，復(fù)合纖維膜的降溫能力顯著提高，在一個太陽光照強(qiáng)度下，膜內(nèi)外的溫差達(dá)到了14.2 ℃。
此外，AgNW/rGO/PVDF-HFP納米纖維膜還具有輕質(zhì)、耐磨、透氣和耐水洗等諸多優(yōu)異特性。因此，該織物材料有望用于全季節(jié)智能溫度調(diào)節(jié)服裝的開發(fā)，為應(yīng)對極端氣候變化和可持續(xù)太陽能的利用提供新的思路。
論文信息
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
文章的第一作者是南京工業(yè)大學(xué)解安全博士。
Angewandte Chemie International Edition
DOI: 10.1002/anie.202208592
