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鄭州大學王建峰/王萬杰 AFM:超低紅外發射透氣聚合物織物用于紅外隱身及高效電磁-熱管理
2025-01-26  來源:高分子科技

  隨著紅外成像技術的飛速發展,紅外探測在建筑、軍事、電子設備以及紡織等行業的應用越來越廣泛,使得紅外隱身技術受到高度重視。根據斯蒂芬-玻爾茲曼定律,物體紅外熱輻射能力的大小取決于物體的紅外發射率和真實溫度。通過調控物體的紅外發射率,可以有效降低其表面熱輻射能量,從而實現紅外隱身。普通有機高分子紡織材料的分子結構和組織結構導致其表面的發射率很高,難以躲避紅外探測器的偵查和跟蹤。近年來,越來越多的研究工作集中在調節織物的中紅外發射率,旨在減少人體紅外熱輻射損失,抑制局部熱輻射,提升紅外偽裝能力。研究人員通過浸漬、表面涂覆、化學鍍或磁控濺射等方法,使用低紅外發射材料改性傳統有機高分子織物,制備了一系列具有低發射特性的紅外隱身織物。然而,低紅外發射織物的研究仍然存在諸多挑戰,尤其是透氣性。傳統織物孔隙通常較大,具有良好的透氣性,但紅外輻射可輕松透過,F有的低紅外發射復合織物通過減少孔隙尺寸,使其小于紅外輻射波長,從而有效阻止中紅外輻射的穿透。但孔隙尺寸的減小顯著降低了織物透氣性,無法滿足人體舒適性需求。此外,孔隙尺寸的變化還會影響織物的力學性能和導電性。如何制備兼具低紅外發射、透氣、高強度和導電性的聚合物紅外隱身織物,依然是亟待解決的關鍵問題。


  近日,鄭州大學材料學院王建峰副教授/王萬杰教授團隊報道了一種透氣、機械強度高、導電性強的超低紅外發射聚合物織物。通過在商業化的尼龍織物上進行化學鍍銀納米顆粒,并輔以一層熱融尼龍多孔網中間層,構建獨特的非貫穿孔結構,實現符合國際標2要求的透氣性,滿足運動服、夾克外套等戶外服裝的舒適性需求。多孔網中間層在織物表面建立了連續的網絡通道,促進了納米銀顆粒在織物內部和表面的均勻附著,賦予織物卓越的導電性(51315 S/m)和電磁屏蔽性能(78 dB),有效反射人體發出的紅外熱輻射,實現95.2%的高反射率和4.4%的超低發射率,展現出優異的紅外隱身和被動輻射加熱效果,能使模擬皮膚的溫度升高7.7°C。多孔網膜和銀層通過氫鍵和配位鍵實現較強的附著力,顯著增強織物的機械強度(110 MPa)。該超織物能夠靈活整合被動輻射加熱、太陽能加熱和焦耳加熱模式,提供適應性強和快速響應的節能加熱能力,滿足多樣的室內和室外環境以及不同的加熱需求。該超織物還展現優異的抗菌活性、阻燃性、吸汗性、快干性和可洗性,使其在紅外隱身、信息傳輸、軍事安全、可穿戴個人熱管理及電磁防護等領域展現出廣闊的應用前景。該研究以“Infrared Ultralow-Emissivity Polymeric Metafabric Conductors Enabling Remarkable Electromagnetic and Thermal Management”為題發表在最新一期的《Advanced Functional Materials》上(doi/10.1002/adfm.202421347)。


1. Metafabric的工作原理、制備示意圖和形態結構表征分析


2. Metafabric的力學性能和透氣性表征


3. Metafabric的紅外發射特性、紅外隱身及被動輻射加熱性能


4. Metafabric的導電、電磁屏蔽及焦耳加熱性能


5. Metafabric的光熱、雙模式組合加熱以及光熱-電轉換性能


6. Metafabric水接觸角、吸濕速干、阻燃、導熱、抗菌等可穿戴性能


  該論文第一作者為鄭州大學材料學院碩士研究生于瑞琪,通訊作者為鄭州大學材料學院王建峰副教授。研究得到國家自然科學基金、河南省優秀青年基金、鄭州大學優秀青年人才創新團隊、河南省聯合基金優勢學科培育項目等項目支持。


  原文鏈接:https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202421347

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