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  陽光是人類生存必不可少的條件之一，但過度照射會對人體造成傷害，甚至會引發皮膚癌。為了方便人們更及時的避免太陽輻射的傷害，一種簡單的監測太陽光強度的方法有望應用于日常生活中。通過特定波長光的照射下，光致變色紡織品可發生變色，然而，光致變色面料的應用和推廣受到常規印染工藝下光致變色材料對纖維親和力差的限制。因此，如何采用相對簡單的工藝制備具有高光學對比度和靈敏光強監測性能的變色紡織品，從而實現對人體皮膚的防護，仍存在挑戰。

  為了解決這個問題，王潮霞教授團隊通過在滌綸織物表面印刷太陽能驅動的熱變色漿料，成功地制備了具有光強監測功能的太陽能驅動熱變色織物，建立了光照強度與織物溫度以及織物顏色三者之間的響應關系。該織物在太陽照射下，顏色由環境溫度(21.5 ℃)下的橙色變為可見的綠色(38.0 ℃)，這歸因于光熱轉換產生的熱量。一旦光源關閉，溫度迅速下降到環境溫度，太陽能驅動熱變色織物(SDTCF)的顏色立即回復到最初的橙色。結果表明，太陽能驅動熱變色織物可根據顏色變化實時監測太陽光輻射強度，避免過度的太陽輻射對人體皮膚造成的傷害，為人體保護和健康管理提供依據。

圖1 太陽能驅動熱變色織物的輻射光強監測性能

圖2 太陽能驅動熱變色織物表面太陽光耗散示意圖(a); SDTCF在200~ 600 W m^-2輻照強度下的光熱轉換(b); SDTCF的最高溫升(c); (d) SDTCF20 min內每1 min記錄的紅外圖像。SDTCF (e)的蓄熱; 氙燈(500 W m^-2) 照射的SDTCF示意圖(f); 輻照光密度與輻照距離和輻照角的線性擬合(g); SDTCF在不同距離和照射角度(h)下的溫度變化。

  當入射的陽光照射到SDTCF上時，由于SDTCF表面存在太陽驅動的熱變色漿料，一小部分陽光立即被反射。進入的陽光被炭黑粒子捕獲，并以光熱轉換產生的熱量的形式在纖維內被吸收或消散，有助于充分利用入射的陽光（圖2）。同時，由于具有空氣層結構的聚酯織物結構致密，表面粗糙，殘留入射光被多次反射進一步吸收和耗散。隨著輻照強度從100 W m^-2提高到600 W m^-2, SDTCF的平衡溫度由32.2 ℃快速升高到52.6 ℃，表現出高效的光熱轉換性能。

圖3 (a) SDTCF (8cm ×8 cm)在太陽照射下的光熱變色行為; 環境溫度對SDTCF變色性能的影響(b); SDTCF的Lab、色差(c)與CIE 1931色度圖(d)的關系; (e) SDTCF在不同輻照強度下的顏色深度。(f)在太陽照射下和無太陽照射下每30 s測量一次的SDTCF圖片。

視頻1 太陽能驅動熱變色織物的光熱變色過程

  室溫下，SDTCF呈橙色，在500 W m^-2光強作用2 min后顏色逐漸變為綠色(圖3)。當光源關閉后，SDTCF溫度迅速冷卻到環境溫度，并在2 min內呈現最初的橙色， 表明SDTCF獲得了高的光學對比度和敏感的變色性能。通過在5℃、10℃、15℃和27℃的環境溫度下測試了SDTCF的變色性能發現，環境溫度對SDTCF的變色性能沒有影響。其次，隨著加熱和冷卻循環次數的增加，SDTCF在太陽照射下的平衡溫度保持不變，說明其具有穩定的光熱轉換性能，為實現其穩定光熱變色提供條件（圖4）。因此，SDTCF的制備在基于光熱轉換器件的變色監測輻照光強方面具有潛在的應用前景。

圖4 SDTCF在100次反復加熱-冷卻循環下的變色特性, 色深(a), CIE 1931色度圖(b), 反射率(c), Lab值, 色差(d); (e) SDTCF在100次反復加熱-冷卻循環下的溫度-時間曲線。

  相關工作近期以“Solar-driven thermochromic fabric based on the photothermal conversion for light intensity monitoring”為題，在期刊Journal of Materials Chemistry A上發表。江南大學紡織科學與工程學院博士生葛方青為該論文的第一作者，江南大學紡織科學與工程學院王潮霞教授為通訊作者。

  論文鏈接：https://doi.org/10.1039/D1TA04073A