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乐鱼app下载:清华大学:导热系数可以随环境湿度变化的石墨烯衣物!

发布时间:2022-08-11 11:20:28 来源:乐鱼app下载网站 作者:乐鱼app下载网址

  先进的热管理纺织品不仅提高了个人的舒适性,而且降低了建筑热管理系统的能耗。为了满足动态环境下热管理的需要,人们已经开发出了热对流和辐射可调的响应性纺织品,而热传导可调的织物的设计尚处于探索阶段。

  来自清华大学的学者研制了一种湿度驱动型柔性热导调节材料,其开关比达到了前所未有的14倍,它是由结构石墨烯和丝胶(GS)组成的。本文从实验和理论两个方面研究了微结构随湿度的变化。这种调节可以归因于丝胶的水化/脱水以及随后石墨烯-丝胶界面导热系数的变化。结果表明,GS可以很容易地通过染色涂覆在普通纺织品上,从而获得对环境湿度变化有显著和可逆响应的热管理服装。相关文章以“Highly Regulatable Heat Conductance of Graphene–Sericin Hybrid for Responsive Textiles”标题发表在Advanced Functional Materials。

  图1.石墨烯-丝胶杂化(GS)的结构及其热导调节原理。a)从石墨烯-丝胶分散体制备的样品的透射电子显微镜(TEM)图像,显示了石墨烯薄片和周围的丝胶。b)GS胶片的典型横截面扫描电子显微镜(SEM)图像。c)GS在水化/脱水过程中对导热系数的调节过程。d)基于GS的智能热管理服装响应湿度变化的插图。

  图2.石墨烯-丝胶杂化(GS)作为热导调节材料的性能。a)使用激光闪光拉曼方法在控制湿度的同时测试热扩散利用率的自制装置示意图。b)热传导效率与相对湿度的关系。开放圆和实心圆分别表示由二维模型和三维模型计算的值。c)干燥和潮湿气体中GS热导率的比较。d)GS的开关比和工作温度与基于响应于不同刺激(温度,外部场,水合作用和离子插入)的微观结构变化的报告的热导调节材料的比较。

  图3.热导率调节机理。a)石墨烯-丝胶杂化(GS)在干/湿条件下和干纯丝胶中的傅立叶变换红外光谱(FTIR)。b)石墨烯-丝胶在(上)和(下)吸水分子之前和之后的界面示意图,突出了水和丝胶上的羟基之间形成的氢键。c)原子力显微镜(AFM)在干燥(上部)和潮湿(下部)大气中拍摄的同一GS薄片的图像。d)图3c中线条的高度范围。

  图4.基于石墨烯-丝胶杂化(GS)的热管理纺织品。a)GS装饰品在不同湿度下的动态热管理示意图。b)载GS热管理纺织品的制备过程示意图。c)制备的负载GS纺织品的典型扫描电子显微镜(SEM)图像。d)不同纺织品在干湿循环气氛中的热阻变化。

  综上所述,本文开发了一种由石墨烯和丝胶组成的高对比度、调湿热导率调节材料,并展示了其在响应性加热纺织品中的应用。本文发现GS的导热系数与周围湿度呈负相关,表现出14倍的高开关比。本文从实验和理论上分析了GS的结构变化和内部传热过程,并对其调节机理进行了理论和实验研究。考虑到它的湿驱动特性和高开关比,本文相信GS热调节材料在热管理应用中有很大的前景,特别是在响应性纺织品中。(文:SSC)



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