适用于个人热管理的具有宽热管理温度范围的可编织相变纤维材料

来源 | European Polymer Journal

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背景介绍

随着人类科学技术的进步，人类的舒适已成为一个主要问题。因此，制定个人降温策略对可持续发展至关重要。能够调节皮肤附近微气候的纺织品已经受到了很多关注，以使人类在炎热/寒冷的环境中感到舒适。

目前，可以通过多种方法实现具有热管理特性的纺织品，例如外部空气/液体冷却，引入导热填料以增强热扩散，或加入相变材料（PCM）。在这些方法中，基于PCM的纺织品引起了研究人员的极大兴趣，PCM是先进的储能材料，其储能过程基于相变。PCM主要包括聚合物（聚乙二醇等）、有机小分子（石蜡、多元醇等）和无机小分子（水合盐等）有机固液相变材料（以石蜡为代表）具有潜热值高、相变温度适宜、毒性低、化学稳定性好等优点，在个人热管理中得到了广泛的研究。

然而，有机固液PCM的泄漏和强刚性可能导致储能密度降低和对环境的破坏。目前，主要解决方案是选择合适的支撑支架，如弹性体和多孔材料。由于多孔材料、泡沫金属、碳材料的刚性较强，PCM在实际应用中容易产生脆性和较大的接触电阻，导致热管理效率低下。然而，热管理温度范围有限，刚性强，缺乏有效的可视化热管理方法，阻碍了其广泛应用。因此开发多功能相变材料用于人体热管理，对提高人体舒适度具有重要意义。

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成果掠影

通过采用弹性体封装PCM有助于制备储能密度稳定、环境友好的柔性PCM是有效的解决方案。聚二甲基硅氧烷(PDMS)是一种具有弹性好、成本低、无毒、不易燃、生物相容性好等特点的有机硅材料。

该材料目前已经被发现适用于智能人体管理，而且选择空心PDMS管封装PCM制备柔性相变纤维(PCF)是一个有效的方法。近期，西南交大的王勇教授和祁晓东教授团队合作在个人舒适热管理方面取得新成果。团队采用真空注射法将石蜡(PW)、壬烷(NO)、热致变色剂(TA)共混的相变混合物包封在聚二甲基硅氧烷(PDMS)空心管中制备柔性相变纤维(PCFs)。PW/NO/PDMS PCFs具有31.9℃和62.0℃左右的双相变温度区，拓宽了热管理温度范围。TA通过红黄绿的颜色演变实现了NO和PW相变的可视化。将PW/NO的双相变与弹性PDMS管相结合，PCFs表现出优异的三重形状记忆效应。PCFs编织的织物可以提供智能热管理功能，以保持温度恒定，提高人体在热/冷情况下的舒适度。

因此，本研究为制备具有宽热管理温度范围、热致变色和三重形状记忆性能的可编织PCFs提供了一种简便的策略，在人类智能热管理方面具有巨大潜力。

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”为题发表于《European Polymer Journal》。

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图文导读

图1. 材料的制备以及微观结构示意图。

图2. 材料的微观结构、红外热成像和分子结构。

图3. 材料的DSC曲线。

图4. 相变过程示意图。

图5. 材料的TGA和DTG曲线。

图6. 材料的热储能和热释放曲线。

图7. 材料的热管理应用示意图。

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