智能调温服——石墨烯纸用于个人热管理

引言

维持恒定的内环境温度，对于保证人体正常的新陈代谢以及生命体征有着十分重要的意义。一般情况下，人体自身的体温调节机制能够维持恒定的体温环境，然而，当人体处于极端恶劣、复杂多变的环境时，自身的体温调节功能难以维持一个安全舒适的温度状态，需要服装来帮助人体调节体表环境温度。现有的可应用于服装的调温材料像电加热材料、红外反射材料、辐射冷却材料等是一种单向的调温材料，只能实现加热或降温，不能满足复杂多变的环境需求。因而，开发新型个人热管理材料，实现服装调温功能的双向性仍然是一个挑战。

成果简介

近期，东华大学王宏志教授与美国维克森林大学David Carroll教授联合研究团队报道了一种轻量、柔性、可水洗的石墨烯纸，并将其应用于服装热管理。相关论文“Ultrathin, Washable, and Large-Area Graphene Papers for Personal Thermal Management”于2017年9月29日在线发表于Small。王宏志教授团队采用高通量的刮涂法和基于维生素C的热液还原制备了力学性能优异的超薄结构石墨烯纸（1~8 μm），这种石墨烯纸具有自支撑、可水洗、对皮肤友好的特点。王宏志教授团队将这种石墨烯纸应用于服装上，在炎热环境下，基于材料高热导的特性它能够将服装内环境的热量快速导向外环境，帮助人体体表环境降温；在严寒环境下，基于高电导的特性，它能够在3.2V的低电压下实现快速升温，帮助人体保暖。为提高穿着舒适性，解决透气性问题，研究者进一步通过与传统织物结合，采用平纹编织、混编、镂空、剪纸等技术设计了多种热管理器件。这种基于石墨烯纸的热管理器集双向调温功能于一体，实现了降温与保暖的一体化设计，能够为未来智能服装的开发带来灵感。

图文导读

图一: 基于刮涂法制备石墨烯纸的流程图

通过刮涂法实现氧化石墨烯纳米片在基底材料上的定向组装，室温干燥后得到了柔性、轻量、自支撑的氧化石墨烯纸。采用维生素C热液对其还原，得到了高导热、高导电的石墨烯纸。

图二: 石墨烯纸的机械性能演示及耐水洗性能测试

所制备的大面积石墨烯纸具有优异的机械强度和柔韧性，从而赋予其耐水洗性能，其厚度可通过刮涂过程精确调控。

图三: 石墨烯纸的热管理性能（加热和降温）表征

严寒环境下，基于石墨烯纸电热响应特性，可实现对人体的加热保暖；在炎热环境下，基于石墨烯纸高热导的特性，可实现对人体的快速散热。

图四: 基于石墨烯纸的个人热管理器结构设计和应用演示

结合传统的纺织工艺，通过合理设计不同结构的个人热管理器，显著提高了器件透气性，从而改善了热管理服装的穿着舒适性。

本文由本文由美国 Wake Forest University(维克森林大学）Chaochao Dun 投稿，材料牛编辑整理。

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