一种双模式个人热管理可拉伸电磁屏蔽织物

热管理博览会 2023年12月27日浏览：1064

来源 | Advanced Functional Materials

背景介绍

随着可变形、可穿戴电子设备的快速发展，由电磁波引起的电磁辐射和电磁干扰问题日益严重，对人类健康构成了严重威胁。传统的电磁屏蔽材料在拉伸和弯曲变形下的机械稳定性较差，在大应变下电磁屏蔽性能急剧下降，因此有必要研制出具有可拉伸性的柔性可穿戴式电磁屏蔽材料。另一方面，可穿戴设备还应具有个人热管理能力，通过被动辐射制冷和加热，实现在炎热和寒冷的天气条件下都能够为穿戴者提供舒适的温度环境。因此，开发集柔性、透气性、可拉伸的电磁屏蔽和个人被动热管理能力于一体的可穿戴电子织物具有很大的应用前景，但如何实现拉伸过程中仍能保持稳定的电磁屏蔽性能以及成功集成个人热管理能力仍然具有挑战性。

成果掠影

近日，郑州大学橡塑模具国家工程研究中心刘春太教授和冯跃战副教授团队巧妙的运用双轴预拉伸的方法在静电纺丝TPU/PDMS织物的一侧成功构建块状堆叠褶皱结构的AgNW/MXene导电网络，得到了一种具有janus型双模被动个人热管理能力的可拉伸EMI屏蔽织物。采用静电纺丝法制备柔性多孔TPU/PDMS织物作为弹性基体，在双轴预拉伸的状态下通过喷涂将AgNW和MXene依次沉积在织物一侧，由于弹性TPU/PDMS基底与AgNW/MXene导电层之间的模量不匹配，在缓慢释放预应变后会形成块状堆叠的褶皱状导电网络。褶皱AgNW/MXene导电网络赋予织物应变不变的电磁干扰屏蔽能力，在单轴(10-50%拉伸应变)和双轴(21-125%拉伸应变)条件下都能确保稳定的40 dB屏蔽效果。更重要的是，janus型织物的白色TPU/PDMS织物侧作为冷却侧，具有高发射率(97.5%)和反射率(90%)，使可拉伸织物覆盖下的皮肤温度比裸露皮肤低约4.9 ℃。黑色AgNW/MXene导电侧作为加热侧，AgNW/MXene层表现出强烈的光吸收和局部表面等离子体共振(LSPR)效应，并且其褶皱纹理显著增强了光吸收，当辐照强度为50 mW/cm²时，可实现比裸露皮肤高5 ℃的加热温度。出色的可拉伸EMI屏蔽和双模个人被动热管理能力的成功结合，使可拉伸janus型织物成为未来可穿戴产品的有希望的候选者。研究成果以“A Stretchable Electromagnetic Interference Shielding Fabric with Dual-Mode Passive Personal Thermal Management”为题发表在《Advanced Functional Materials》。

图文导读