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郑州大学刘春太&冯跃战Adv. Funct. Mater.:具有双模式被动个人热管理功能的可拉伸电磁干扰屏蔽织物
2023/12/19 9:22:26 易丝帮

电磁干扰(EMI)屏蔽织物对于解决日益严重的电磁污染至关重要。为了满足可穿戴要求,人们通常希望织物具有拉伸性和热舒适性,但这仍然是一项挑战。


近期,郑州大学刘春太教授&冯跃战副教授团队通过静电纺丝结合双轴预拉伸喷涂制备了一种可拉伸EMI屏蔽织物,其中在电纺热塑性聚氨酯(TPU)/聚二甲基硅氧烷(PDMS)织物的一侧涂覆块状堆叠褶皱银纳米线(AgNW)/Ti3C2Tx MXene网络。正如预期的那样,褶皱结构可以保护导电网络在拉伸过程中不断裂,从而实现应变不变的导电性。因此,当受到10-50%的单轴应变或21-125%的双轴应变时,该织物表现出超40dB的可拉伸EMI屏蔽性能。更重要的是,白色TPU/PDMS面和黑色AgNW/MXene面分别实现了织物的被动辐射冷却和加热。冷却面具有较高的中红外发射率(97.5%)和太阳反射率(90%),可使皮肤温度降低≈4.9℃。加热面具有较高的太阳吸收率(86.6%)和光热效应,可使皮肤温度升高≈5℃。总体而言,该织物具有可拉伸EMI屏蔽和Janus型双模式个人被动热管理功能,在未来的可穿戴产品中大有可为。


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图1.a)基于双轴拉伸预应变法结合喷涂策略制备可拉伸TPU/PDMS/AgNW/MXene导电织物的示意图。b)TPU/PDMS、c)TPU/PDMS/AgNW/MXene、d)TPU/PDMS/AgNW和e)TPU/PDMS/MXene织物的SEM图像。


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图2.a)TPU/PDMS和A625M625织物的水接触角。b)密封石蜡膜和可拉伸A625M625织物的透气性比较。c)石蜡膜、TPU/PDMS、A625M625和打开状态的水瓶在60℃下的水蒸气蒸发质量和d)传输速率。e)光学图像显示了可拉伸A625M625织物的柔韧性,包括轴向拉伸、双轴拉伸和弯曲。f)A625M625织物在不同伸长率下的应力-应变曲线。在g)水平方向和h)垂直方向的不同应变下,可拉伸A625M625织物在100个拉伸/释放循环中的ΔR/R0。


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图3.a)M625、A625、A625M625和FA625M625织物的薄层电阻,b)X波段的EMI屏蔽性能,c)平均EMI SER、SEA和SET值,以及d)R-A系数。可拉伸A625M625织物在各种e)单轴和g)双轴应变下的EMI SE。M625、A625、A625M625和FA625M625织物在各种f)单轴和h)双轴拉伸应变下的EMI SE值。i)可拉伸A625M625和A625织物在不同应变下经过100次拉伸/释放循环后的相对EMI SE变化(SE/SE0)。


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图4.A625M625和FA625M625织物在a,b)初始状态、a1,b1)60%单轴应变、a2,b2)125%双轴应变下的SEM图像,a3,b3)在60%双轴应变下的放大SEM图像。c)A625M625织物拉伸过程中EMI屏蔽性能稳定性的机理示意图。


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图5.a)传统纺织品和可拉伸A625M625织物用于日间辐射冷却的示意图。b)A625M625织物白色面、TPU/PDMS和棉布的紫外-可见-近红外反射率和红外发射率与AM1.5太阳光谱和“大气窗口”的对比。c)不同织物覆盖的人体皮肤在模拟阳光辐射下的实时温度。d)不同太阳强度下A625M625织物白色面覆盖和裸露状态的饱和皮肤温度的比较。e)不同施加应变下A625M625织物白色面覆盖的人体皮肤的实时温度。f)郑州(2023年3月14日13:00-14:00),郑州大学,晴天时不同织物覆盖的人体皮肤的实时温度和g)红外图像。h)计算了A625M625白色面在不同非辐射传热系数hc下的冷却功率。


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图6.a)褶皱织物增强光吸收效果的说明。b)A625M625和FA625M625织物的紫外-可见-近红外吸收光谱,以及c)它们在一个太阳光照强度下的温度分布。d)A625M625织物在不同辐射强度下的温度分布,以及e)饱和温度与辐射强度的线性拟合。A625M625织物f)在长期光辐射下和g)在一个太阳光照强度下施加不同应变时的温度分布。h)在25±0.5℃的室内环境中,用不同织物覆盖的人体皮肤的实时温度分布,以及i)在50mW/cm2的辐射强度下照射1小时后人体皮肤的饱和温度。


该工作以“A Stretchable Electromagnetic Interference Shielding Fabric with Dual-Mode Passive Personal Thermal Management”为题发表在《Advanced Functional Materials》(DOI:10.1002/adfm.202310774)上。


论文链接:https://doi.org/10.1002/adfm.202310774


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