適用于個人熱管理的具有寬熱管理溫度范圍的可編織相變纖維材料

來源|European Polymer Journal

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背景介紹

隨著人類科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，人類的舒適已成為一個主要問題。因此，制定個人降溫策略對可持續(xù)發(fā)展至關(guān)重要。能夠調(diào)節(jié)皮膚附近微氣候的紡織品已經(jīng)受到了很多關(guān)注，以使人類在炎熱/寒冷的環(huán)境中感到舒適。

目前，可以通過多種方法實(shí)現(xiàn)具有熱管理特性的紡織品，例如外部空氣/液體冷卻，引入導(dǎo)熱填料以增強(qiáng)熱擴(kuò)散，或加入相變材料（PCM）。在這些方法中，基于PCM的紡織品引起了研究人員的極大興趣，PCM是先進(jìn)的儲能材料，其儲能過程基于相變。PCM主要包括聚合物（聚乙二醇等）、有機(jī)小分子（石蠟、多元醇等）和無機(jī)小分子（水合鹽等）有機(jī)固液相變材料（以石蠟為代表）具有潛熱值高、相變溫度適宜、毒性低、化學(xué)穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)，在個人熱管理中得到了廣泛的研究。

然而，有機(jī)固液PCM的泄漏和強(qiáng)剛性可能導(dǎo)致儲能密度降低和對環(huán)境的破壞。目前，主要解決方案是選擇合適的支撐支架，如彈性體和多孔材料。由于多孔材料、泡沫金屬、碳材料的剛性較強(qiáng)，PCM在實(shí)際應(yīng)用中容易產(chǎn)生脆性和較大的接觸電阻，導(dǎo)致熱管理效率低下。然而，熱管理溫度范圍有限，剛性強(qiáng)，缺乏有效的可視化熱管理方法，阻礙了其廣泛應(yīng)用。因此開發(fā)多功能相變材料用于人體熱管理，對提高人體舒適度具有重要意義。

02

成果掠影

通過采用彈性體封裝PCM有助于制備儲能密度穩(wěn)定、環(huán)境友好的柔性PCM是有效的解決方案。聚二甲基硅氧烷(PDMS)是一種具有彈性好、成本低、無毒、不易燃、生物相容性好等特點(diǎn)的有機(jī)硅材料。

該材料目前已經(jīng)被發(fā)現(xiàn)適用于智能人體管理，而且選擇空心PDMS管封裝PCM制備柔性相變纖維(PCF)是一個有效的方法。近期，西南交大的王勇教授和祁曉東教授團(tuán)隊合作在個人舒適熱管理方面取得新成果。團(tuán)隊采用真空注射法將石蠟(PW)、壬烷(NO)、熱致變色劑(TA)共混的相變混合物包封在聚二甲基硅氧烷(PDMS)空心管中制備柔性相變纖維(PCFs)。PW/NO/PDMS PCFs具有31.9℃和62.0℃左右的雙相變溫度區(qū)，拓寬了熱管理溫度范圍。TA通過紅黃綠的顏色演變實(shí)現(xiàn)了NO和PW相變的可視化。將PW/NO的雙相變與彈性PDMS管相結(jié)合，PCFs表現(xiàn)出優(yōu)異的三重形狀記憶效應(yīng)。PCFs編織的織物可以提供智能熱管理功能，以保持溫度恒定，提高人體在熱/冷情況下的舒適度。

因此，本研究為制備具有寬熱管理溫度范圍、熱致變色和三重形狀記憶性能的可編織PCFs提供了一種簡便的策略，在人類智能熱管理方面具有巨大潛力。

研究成果以“Weavable phase change fibers with wide thermal management temperature range, reversible thermochromic and triple shape memory functions towards human thermal managementl”為題發(fā)表于《European Polymer Journal》。

03

圖文導(dǎo)讀

圖1. 材料的制備以及微觀結(jié)構(gòu)示意圖。

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圖2. 材料的微觀結(jié)構(gòu)、紅外熱成像和分子結(jié)構(gòu)。

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圖3. 材料的DSC曲線。

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圖4. 相變過程示意圖。

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圖5. 材料的TGA和DTG曲線。

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圖6. 材料的熱儲能和熱釋放曲線。

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圖7. 材料的熱管理應(yīng)用示意圖。

END

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審核編輯黃宇