ACAM具有三重隔熱和單向液體滲透功能，可用于個人熱管理

熱管理博覽會

2023年8月28日 09:21

來源 | Composites Science and Technology

原文 | https://doi.org/10.1016/j.compscitech.2023.110219

背景介紹

戶外活動是人們日常生活中不可缺少的一部分。然而，在寒冷的室外環境下，運動時低溫的刺激和汗液的積累對人體健康構成嚴重威脅。與室內密閉空間不同，空調系統的供暖在室外開放空間中是不切實際的。人們被迫穿更多衣服來保暖，但會感到不舒服和笨重，無法進行正常活動。目前，普通衣服無法有效阻止人體熱量與寒冷的外部環境之間的熱交換，特別是人體紅外輻射。而且，這些衣服不能及時排汗，加劇身體熱量的流失。這可能會降低穿著者的熱舒適度，甚至威脅他們的健康。

氣凝膠具有低密度、低導熱率等優異性能，有望作為輕質、絕緣的耐磨材料。作為第三代氣凝膠，纖維素氣凝膠既具有無機氣凝膠和聚合物氣凝膠的優良特性，又融合了各自的優越特性，如綠色可再生、良好的生物相容性和經濟實用性。在軍事、建筑、能源、生物制藥、環境保護等領域具有極其廣闊的應用前景。此外，纖維素氣凝膠極低的導熱率可以最大限度地減少能量耗散，從而在隔熱材料中表現出優異的性能。雖然這種方法有效，但纖維素本身具有很高的紅外發射率，導致人體紅外輻射過度耗散，從而降低人體隔熱效果。對其表面進行功能化以減少人體紅外線損失至關重要。先前的研究表明，調節可穿戴材料的表面紅外發射率或反射率是人體熱管理控制的有效策略，例如帶有AgNWs涂層的紡織品、帶有Ni@Ag-NWs涂層的層壓纖維素雜化膜具有低紅外發射率（10%）。然而，這種單一的溫度控制方法具有一定的局限性，無法滿足人們的日常使用要求。因此，迫切需要探索一種具有多種途徑實現人體隔熱的纖維素氣凝膠。

成果掠影

近期，桂林理工大學李裕琪老師團隊通過自下而上將生物質劍麻纖維和紙漿纖維組裝成氣凝膠膜，然后進行旋涂，制備了一種多功能纖維素基不對稱改性氣凝膠膜（ACAM）。該氣凝膠膜具有隔熱、熱輻射反射、太陽能吸收和定向排汗功能。離子液體改性石墨烯（IGN）和銀納米線（AgNW）分別位于纖維素氣凝膠膜的兩側。結果表明，陽光照射30s后，IGNs一側的溫度比棉布高14.2℃。與純纖維素氣凝膠膜相比，ACAM的AgNWs側具有更低的紅外發射率和更高的紅外反射率，室內環境溫度降低3.2℃。此外，ACAM具有不對稱的潤濕性，有利于汗水從疏水側轉移到親水側，10.6秒即可實現排汗滲透，獲得穿著的舒適感。ACAM還具有優異的透氣性、易于制備和可控的功能結構。這項工作可能為熱管理和動態濕度提供新的思路，以確保在非常惡劣的環境中獲得最大的舒適度。相關研究成果以“Integrated asymmetric cellulose aerogel membrane with triple thermal insulation and unidirectional liquid penetration for personal thermal management”為題發表于《Composites Science and Technology》。

圖文導讀

ACAM具有三重隔熱和單向液體滲透功能，可用于個人熱管理的圖4