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北航赵勇团队: 低红外发射、低热导的仿生中空多孔复合隔热新材料

日期: 来源:RSC英国皇家化学会收集编辑:赵勇教授团队


研究背景

传统的多孔气凝胶纤维织物由于导热率低而常用于人体保温。然而,当人体的热量通过热传导的方式传递到织物时,织物会通过红外辐射的方式向环境中散发大量的热。

虽然一些低红外发射率的金属材料被用于抑制红外辐射热损失,但高热导率、高成本、耐磨性差等问题限制了其在织物中的应用。因此,如何制备低导热率和低红外发射率织物来最大限度地减少热损失,仍然是一个很大的挑战。







近日,北京航空航天大学赵勇教授、王女副教授研究团队受撒哈拉银蚁和北极熊毛的启发,提出了一种同轴湿法纺丝策略,制备了鞘层具有低发射率铝粉的弹性中空多孔聚氨酯纤维 (PU/Al HPFs) (图 1)。

图 1. 低发射率和低热导率的仿生中空多孔纤维 (PU/Al HPFs) 的制备过程


该织物具有低热导率 (0.049 W m⁻¹ K⁻¹) 和低的中红外 (MIR) 发射率 (0.36),可以有效减少人体热量的损失。

这项工作为开发下一代高性能保温纤维织物,减少资源消耗,实现全球可持续发展提供了一个有前景的方向。该成果以 "Bioinspired hollow porous fibers with low emissivity and conductivity aluminum platelet skin for thermal insulation" (《仿生低发射率和低热导率中空多孔聚氨酯/铝片复合隔热纤维》) 为题,发表于 Journal of Materials Chemistry A北京航空航天大学化学学院博士生胡荣俊为本文第一作者,北京航空航天大学赵勇教授,王女副教授为本文通讯作者。

该研究工作提出了人体与织物传热机制(图 2)。该机制认为静态人体向环境的传热过程可分为两个传热阶段: 

(1) 皮肤向织物传热阶段;

(2) 织物向环境传热阶段。

辐射和热传导在这两个传热阶段发挥着不同的作用。从皮肤到织物阶段中,热传导起了主要作用。而对于织物到室内环境传热阶段,辐射传热则起着更重要的作用。PU/Al HPFs 不仅具有低的热导率 (0.049 W m⁻¹ K⁻¹),而且具有较高向内的 MIR 反射率和低的向外 MIR 发射率 (0.36)。在低发射率和低导热率的协同作用下,PU/Al HPFs 织物比传统的实心纤维织物以及多孔纤维织物具有更好的隔热性能。

图 2. 纤维的传热机制



论文信息

Bioinspired hollow porous fibers with low emissivity and conductivity aluminum platelet skin for thermal insulation

Rongjun Hu, Lanlan Hou, Jingchong Liu, Zhimin Cui, Beibei Miao, Jie Bai, Xingkun Man, Nü Wang(王女,北京航空航天大学), Lei Jiang and Yong Zhao (赵勇,北京航空航天大学)

J. Mater. Chem. A, 2023, 11, 1704-1711
https://doi.org/10.1039/D2TA08558E

第一作者

胡荣俊 博士研究生

北京航空航天大学

北京航空航天大学化学学院 2019 博士研究生,主要从事于人体湿、热管理面料研究工作。

通讯作者

赵勇 教授

北京航空航天大学

北京航空航天大学教授,博士生导师。主要研究方向:仿生多尺度结构中空微纳米纤维功能材料。





王女 副教授
北京航空航天大学

北京航空航天大学副教授,博士生导师。主要从事功能性微纳米纤维材料的制备及应用研究。

相关期刊

Materials with applications in energy & sustainability

rsc.li/materials-a

J. Mater. Chem. A

2-年影响因子*14.511
5-年影响因子*13.375
最高 JCR 分区*Q1 能源与燃料
CiteScore 分21
中位一审周期28 天


Journal of Materials Chemistry ABC 报道材料化学各领域的高质量理论或实验研究工作。这三本期刊发表的论文侧重于报道对材料及其性质的新理解、材料的新应用以及材料合成的新方法。Journal of Materials Chemistry ABC 的区别在于所报道材料的不同预期用途。粗略的划分是,Journal of Materials Chemistry A 报道材料在能源和可持续性方面的应用,Journal of Materials Chemistry B 报道材料在生物学和医学方面的应用,Journal of Materials Chemistry C 报道材料在光学、磁学和电子设备方面的应用。

Editor-in-Chief
  • Anders Hagfeldt

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