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构筑户外无源保暖多材料气凝胶柔性织物,提升保暖性能!
发布时间:2022/9/15 14:47:08   浏览次数:902

在寒冷环境中维持恒定的人体温度至关重要,尤其是在无法长时间提供能源的户外场景中,传统供暖系统往往因缺乏能源供给而难以持续应对寒冷环境,因此针对人体-服装微环境的个人无源保暖技术受到广泛的关注。人体热散失途径主要包括:热辐射、热传导以及热对流。尽管低导热系数的气凝胶织物以及低红外发射率的复合织物,可分别调节热传导和热辐射实现对人体散热途径的限制,但是单一的热调控方式难以应对复杂的户外寒冷环境。因此,开发一种同时限制人体热辐射及热传导的织物是实现人体户外无源保暖的有效策略。



近期,华中科技大学陶光明教授课题组在Advanced Fiber Materials上发表了题为Robust and Flexible Multimaterial Aerogel Fabric Toward Outdoor Passive Heating的研究成果通过构筑兼具低热传导和低热辐射特性的多材料气凝胶复合织物结构,在无任何能量输入的户外寒冷环境下实现优异的无源保暖功能。



图1 气凝胶复合纤维/织物和多材料气凝胶纤维/织物的原理及其制备




图2 气凝胶复合纤维的形貌及其力学性能


如图1所示,通过同轴纺丝工艺连续化制备柔性气凝胶复合纤维。该复合纤维可以进行织造与编织,展现出优异的柔性和机械强度,能够解决SiO2气凝胶颗粒高脆性以及服用性差的问题,呈现出优异的拉伸强度以及大于300%的应变长度。此外,复合纤维截面表现出明显的芯包结构,在微观上显示出横跨微米级与纳米级的孔隙结构(图2)。



图3 气凝胶复合织物的隔热性能


多尺度孔隙结构赋予柔性气凝胶复合织物优异的热绝缘性能(图3)。该复合织物的热绝缘性能随气凝胶颗粒含量的增加而增强,并在导热率测试中表现出降低趋势。同时,复合织物的厚度也会对其热绝缘性产生影响。结果表明,随着复合织物厚度的增加,覆盖在热源上的织物均表现出更优异的隔热性能。在50次加热-冷却循环测试中,复合织物表面仍然展现出稳定的温度变化,证明其具有良好的热稳定性能。

图4 多材料气凝胶复合织物的人体保暖性能测试


通过在柔性气凝胶复合织物表面集成纳米银材料,制备的多材料气凝胶复合织物表现出低的红外发射率与低的导热率,可有效防止人体热辐射散失,并减缓人体热量通过织物向外传导。根据人体测试结果表明,多材料气凝胶复合织物可以显著提高人体皮肤温度5℃(图4)。


基于同轴纺丝工艺和表面微纳加工技术制备的多材料气凝胶复合织物,具有大规模制备潜力,实现了优异的保暖隔热性能与被动加热性能,可针对人体散热途径进行有效的热调节,为未来寒冷户外环境下的个人无源保暖提供了潜在的解决思路。


来源:Advanced Fiber Materials
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