《ACS Nano》用于可穿戴体温调节的分层芯-鞘结构柔性纤维膜

图文简介

为个人热量管理而设计的先进纺织品有助于以个性化和节能的方式进行温度调节。含有相变材料 (PCM) 的纺织品能够通过吸收和释放潜热来弥合能源的供需。太阳能加热与焦耳加热功能的集成提供多驱动资源，方便充电和存储，扩展服务时间和应用场景。在这里，我们报告了一种基于纤维膜的纺织品，该纺织品是通过设计用于三模热管理的分层芯-鞘纤维结构而开发的。特别是，同轴静电纺丝可以有效封装 PCM，具有高热焓密度（106.9 J/g），使膜能够缓冲服装微气候中的剧烈温度变化。得益于多个光收集器的协同效应，良好的光热转换性能使膜具有 70.5 °C（1 sun）的高饱和温度。此外，导电涂层赋予复合膜出色的电热转换性能，达到 73.8 °C (4.2 V) 的饱和温度。具有可逆相变、多源驱动加热和储能的综合性能的柔性纤维膜为全天、节能和可穿戴的个人热管理应用提供了巨大的优势。

(a) 分层芯-鞘结构纤维的制造过程示意图，(b) 同轴静电纺丝，(c) 芯材的可逆相变过程，(d) 太阳能加热效应，(e) 焦耳加热效果，和（f）各种界面相互作用。

PU@PWs的特性和特性。(a-d) PU@PW1 、PU@PW2 、PU@PW3和PU@PW4 的 SEM 图像。(e-h) PU@PW1 、PU@PW2 、PU@PW3和PU@PW4 的 TEM 图像。(i) PU、PW 和PU@PW 的 FTIR 光谱。(j) 纯 PW 和PU@PWs 的 DSC 曲线。(k) PW 和PU@PWs 的熔化和冻结焓。

(a) PU@PW 、(b) CPU@PW 、(c) DPU@PW和 (d) EPU@PW 的数码照片。(e 1 ) PU@PW 、(f 1 ) CPU@PW 、(g 1 ) DPU@PW和 (h 1 ) EPU@PW 的 SEM 图像。(e 2 –h 2 ) 放大的图像显示了纤维表面的逐步修改。(i) EPU@PW的数码照片在弯曲状态和不同的形状。(j) 制备膜的拉伸应力-应变曲线。(k) 一系列制备好的膜的 FTIR 光谱。(l) 宽 XPS 光谱。(m) DPU@PW的 N 1s XPS 光谱。(n) 复合膜的表面润湿行为。

(a) 一系列制备膜的 DSC 曲线。(b) 相应膜的熔化和冷冻焓。(c) 通过静电纺丝比较最新报道的相变膜的熔化焓。(d, e) 分别在加热和冷却过程中具有代表性的红外热图像。（f，g）分别在加热和冷却过程中的温度演化图。(h) EPU@PW 50次的DSC升温和降温曲线。

(a) 在阳光下缝在衣服上的薄膜中的电热转换和能量储存示意图；(b) 在没有电的情况下释放潜能以保持温暖。(c) 电热转换测试装置。(d) EPU@PW在不同电压下的温度变化曲线。(e) EPU@PW在相应驱动电压下的饱和温度和计算的电热转换效率。(f) 交流电压下的温度变化曲线。(g) 3.4 V 下的长期加热测试。(h) EPU@PW在 3.4 V 下循环 10、20 和 50 次的温度变化曲线。(i) EPU@PW在不同电压下的红外热照片。(j) 数码照片和热照片EPU@PW缠绕在手指上进行加热。

论文信息

论文题目：A Trimode Thermoregulatory Flexible Fibrous Membrane Designed with Hierarchical Core–Sheath Fiber Structure for Wearable Personal Thermal Management

通讯作者：Chunhong Zhu and Hideaki Morikawa

通讯单位：信州大学