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

熱管理博覽會

2023年4月12日 08:45

來源 | European Polymer Journal

背景介紹

隨著人類科學技術的進步，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發展至關重要。能夠調節皮膚附近微氣候的紡織品已經受到了很多關注，以使人類在炎熱/寒冷的環境中感到舒適。

目前，可以通過多種方法實現具有熱管理特性的紡織品，例如外部空氣/液體冷卻，引入導熱填料以增強熱擴散，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）、有機小分子（石蠟、多元醇等）和無機小分子（水合鹽等）有機固液相變材料（以石蠟為代表）具有潛熱值高、相變溫度適宜、毒性低、化學穩定性好等優點，在個人熱管理中得到了廣泛的研究。

然而，有機固液PCM的泄漏和強剛性可能導致儲能密度降低和對環境的破壞。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，PCM在實際應用中容易產生脆性和較大的接觸電阻，導致熱管理效率低下。然而，熱管理溫度范圍有限，剛性強，缺乏有效的可視化熱管理方法，阻礙了其廣泛應用。因此開發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。

成果掠影

通過采用彈性體封裝PCM有助于制備儲能密度穩定、環境友好的柔性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的有機硅材料。

該材料目前已經被發現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隊合作在個人舒適熱管理方面取得新成果。團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，拓寬了熱管理溫度范圍。TA通過紅黃綠的顏色演變實現了NO和PW相變的可視化。將PW/NO的雙相變與彈性PDMS管相結合，PCFs表現出優異的三重形狀記憶效應。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”為題發表于《European Polymer Journal》。

圖文導讀