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鄭州大學(xué)王建峰/王萬杰 AFM:超低紅外發(fā)射透氣聚合物織物用于紅外隱身及高效電磁-熱管理
2025-01-26  來源:高分子科技

  隨著紅外成像技術(shù)的飛速發(fā)展,紅外探測在建筑、軍事、電子設(shè)備以及紡織等行業(yè)的應(yīng)用越來越廣泛,使得紅外隱身技術(shù)受到高度重視。根據(jù)斯蒂芬-玻爾茲曼定律,物體紅外熱輻射能力的大小取決于物體的紅外發(fā)射率和真實溫度。通過調(diào)控物體的紅外發(fā)射率,可以有效降低其表面熱輻射能量,從而實現(xiàn)紅外隱身。普通有機(jī)高分子紡織材料的分子結(jié)構(gòu)和組織結(jié)構(gòu)導(dǎo)致其表面的發(fā)射率很高,難以躲避紅外探測器的偵查和跟蹤。近年來,越來越多的研究工作集中在調(diào)節(jié)織物的中紅外發(fā)射率,旨在減少人體紅外熱輻射損失,抑制局部熱輻射,提升紅外偽裝能力。研究人員通過浸漬、表面涂覆、化學(xué)鍍或磁控濺射等方法,使用低紅外發(fā)射材料改性傳統(tǒng)有機(jī)高分子織物,制備了一系列具有低發(fā)射特性的紅外隱身織物。然而,低紅外發(fā)射織物的研究仍然存在諸多挑戰(zhàn),尤其是透氣性。傳統(tǒng)織物孔隙通常較大,具有良好的透氣性,但紅外輻射可輕松透過,F(xiàn)有的低紅外發(fā)射復(fù)合織物通過減少孔隙尺寸,使其小于紅外輻射波長,從而有效阻止中紅外輻射的穿透。但孔隙尺寸的減小顯著降低了織物透氣性,無法滿足人體舒適性需求。此外,孔隙尺寸的變化還會影響織物的力學(xué)性能和導(dǎo)電性。如何制備兼具低紅外發(fā)射、透氣、高強(qiáng)度和導(dǎo)電性的聚合物紅外隱身織物,依然是亟待解決的關(guān)鍵問題。


  近日,鄭州大學(xué)材料學(xué)院王建峰副教授/王萬杰教授團(tuán)隊報道了一種透氣、機(jī)械強(qiáng)度高、導(dǎo)電性強(qiáng)的超低紅外發(fā)射聚合物織物。通過在商業(yè)化的尼龍織物上進(jìn)行化學(xué)鍍銀納米顆粒,并輔以一層熱融尼龍多孔網(wǎng)中間層,構(gòu)建獨特的非貫穿孔結(jié)構(gòu),實現(xiàn)符合國際標(biāo)準(zhǔn)2要求的透氣性,滿足運動服、夾克外套等戶外服裝的舒適性需求。多孔網(wǎng)中間層在織物表面建立了連續(xù)的網(wǎng)絡(luò)通道,促進(jìn)了納米銀顆粒在織物內(nèi)部和表面的均勻附著,賦予織物卓越的導(dǎo)電性(51315 S/m)和電磁屏蔽性能(78 dB),有效反射人體發(fā)出的紅外熱輻射,實現(xiàn)95.2%的高反射率和4.4%的超低發(fā)射率,展現(xiàn)出優(yōu)異的紅外隱身和被動輻射加熱效果,能使模擬皮膚的溫度升高7.7°C多孔網(wǎng)膜和銀層通過氫鍵和配位鍵實現(xiàn)較強(qiáng)的附著力,顯著增強(qiáng)織物的機(jī)械強(qiáng)度(110 MPa)。該超織物能夠靈活整合被動輻射加熱、太陽能加熱和焦耳加熱模式,提供適應(yīng)性強(qiáng)和快速響應(yīng)的節(jié)能加熱能力,滿足多樣的室內(nèi)和室外環(huán)境以及不同的加熱需求。該超織物還展現(xiàn)優(yōu)異的抗菌活性、阻燃性、吸汗性、快干性和可洗性,使其在紅外隱身、信息傳輸、軍事安全、可穿戴個人熱管理及電磁防護(hù)等領(lǐng)域展現(xiàn)出廣闊的應(yīng)用前景。該研究以“Infrared Ultralow-Emissivity Polymeric Metafabric Conductors Enabling Remarkable Electromagnetic and Thermal Management”為題發(fā)表在最新一期的《Advanced Functional Materials》上(doi/10.1002/adfm.202421347)。


1. Metafabric的工作原理、制備示意圖和形態(tài)結(jié)構(gòu)表征分析


2. Metafabric的力學(xué)性能和透氣性表征


3. Metafabric的紅外發(fā)射特性、紅外隱身及被動輻射加熱性能


4. Metafabric的導(dǎo)電、電磁屏蔽及焦耳加熱性能


5. Metafabric的光熱、雙模式組合加熱以及光熱-電轉(zhuǎn)換性能


6. Metafabric水接觸角、吸濕速干、阻燃、導(dǎo)熱、抗菌等可穿戴性能


  該論文第一作者為鄭州大學(xué)材料學(xué)院碩士研究生于瑞琪,通訊作者為鄭州大學(xué)材料學(xué)院王建峰副教授。研究得到國家自然科學(xué)基金、河南省優(yōu)秀青年基金、鄭州大學(xué)優(yōu)秀青年人才創(chuàng)新團(tuán)隊、河南省聯(lián)合基金優(yōu)勢學(xué)科培育項目等項目支持。


  原文鏈接:https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202421347

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