為了實作在動态溫度變化情況下的可穿戴紅外僞裝，北化楊冬芝教授團隊設計了一種圖案化聚二甲基矽氧烷/MXene/納米多孔聚四氟乙烯複合膜，該複合膜可以作為超織物，具備中紅外波段低發射和太陽光波段同步高反射以及中紅外波段高發射和太陽光波段同步高吸收的光譜選擇特性，實作了兼具低溫 “屏蔽式紅外隐身”和高溫“補償式熱僞裝”的動态場景下的僞裝一體化。同時，經過巧妙的設計，材料可通過簡單的“反轉式兩面穿戴”實作智能熱管理，在冷熱環境下均可以實作穿戴舒适性調節。
材料選擇及結構設計
通過具有特定光學特性材料的選擇和結構設計，超織物實作相反模式僞裝和熱調節的相容。首先，利用圖案化CPDMS層的有效傳熱抑制和MXene層高效的紅外屏蔽，NPTFE/MXene/CPDMS（NMC）既能夠實作常溫環境下的紅外隐身，又可以通過外層NPTFE的高太陽光反射和高紅外透過，在不妨礙低發射特性的情況下限制光熱轉換，實作皮膚界面處的熱調節。翻轉後，通過CPDMS層的高太陽光透過和紅外發射，CPDMS/MXene/NPTFE（CMN）超織物有效地将太陽光透射到光熱MXene層，然後低損耗地将光熱/電熱轉換産生的熱量輻射到表面，主動補償表面輻射能，實作高溫背景下的即時熱僞裝切換。
圖1. 超織物的屏蔽式紅外隐身和逆補償熱僞裝設計示意圖及制備流程和表征
圖案化隔熱層設計
錐形陣列的圖案化設計使薄膜和熱源之間形成隔熱屏障，并提供水準散熱路徑，防止熱量不均勻積聚。特别是，由于圖案化陣列尖端與熱源之間的接觸面積可以忽略不計，并且錐體側面具有獨特的傾斜結構，是以錐形陣列結構更有利于減少固體熱傳導和增強熱輻射反射，阻礙熱量傳遞到表面。
圖2. PDMS層的圖案化設計及隔熱性能
屏蔽式紅外隐身和同步熱調節
通過協同MXene的低紅外發射率和圖案化PDMS的有效傳熱抑制，超織物具備低紅外發射率和調控皮膚界面微氣候至舒适态，比傳統織物具有自适應熱調節特性。
圖3. NMC超織物的光學特性及其屏蔽式紅外隐身和熱調節性能補償式熱僞裝簡單“雙面穿”翻轉後，超織物将光熱/電熱轉換提供的熱能通過外部PDMS的高輻射發射補償至表面，自适應地将其表面的紅外特征與其高溫背景相比對。并且，通過光熱和焦耳加熱可以賦予靶目标預設熱能，智能設定虛拟目标以轉移跟蹤，實作保護功能。
圖4. 反面CMN超織物的光學特性及其補償式熱僞裝性能戶外模拟隐身應用在戶外測試中，超織物在不同時間段的樹林，太陽光暴曬的沙地，停車場及雪地場景中均表現出優異的紅外僞裝效果。
圖5. 超織物的戶外實際應用測試綜合應用性能除智能熱管理外，本研究設計的材料兼具可穿戴耐疲勞的力學特性和柔性、電磁屏蔽、自清潔功能和環境穩定性，顯示出智能可穿戴和多功能僞裝的潛在應用前景。
圖6. 超織物的電磁屏蔽、柔韌性、自清潔以及抗氧化等綜合性能小結本工作通過進行圖案化隔熱設計和對具有特定光學特性材料的選擇，賦予了材料在太陽光波段和紅外波段的光譜選擇性，是以實作了低溫環境下的“屏蔽式紅外隐身”和界面熱調節以及高溫背景下的“補償式熱僞裝”一體化。此外，超織物還具有電磁屏蔽、自清潔、潮濕環境下的抗氧化等綜合性能。這項工作為設計多功能以及智能熱管理材料提供了一種新的政策。該工作在課題組前期關于氣凝膠熱管理(https://doi.org/10.1002/adfm.202212032; https://doi.org/10.1016/j.compscitech.2022.109484; https://doi.org/10.1016/j.cej.2024.153536)，熱僞裝(https://doi.org/10.1021/acsnano.3c00573)以及熱管理(https://doi.org/10.1039/D3TA03683A) 的工作基礎上，進一步解決了可适用于動态環境下的雙模式隐身材料輕薄化及與人體熱管理相容的問題，并以“Spectral-Selective and Adjustable Patterned Polydimethylsiloxane/MXene/Nanoporous Polytetrafluoroethylene Metafabric for Dynamic Infrared Camouflage and Thermal Regulation”為題發表在Advanced Functional Materials期刊。論文第一作者為北京化工大學材料科學與工程學院博士生李白雪，通訊作者為北京化工大學楊冬芝教授和于中振教授。該工作得到國家自然科學基金和中央高校基礎研究基金的資助。
--檢測服務--
原文連接配接：
https://doi.org/10.1002/adfm.202407644來源：高分子科學前沿