Normalerweise verliert der Körper etwa 50 Prozent seiner Wärme durch die Abstrahlung von Mittelinfrarotstrahlen. Eine effektive Strategie zur Reduzierung des Infrarotstrahlungsverlusts besteht darin, die Mittelinfrarot-Emission von Textilien und Kleidung zu regulieren, um eine passive Strahlungserwärmung des menschlichen Körpers zu erreichen. Im Vergleich zu herkömmlichen Heizmethoden bietet die passive Strahlungserwärmung den Vorteil, dass sie keinen Energieverbrauch hat und präziser und effizienter ist. Allerdings ist die maximale Wärmedämmungsfähigkeit der passiven Strahlungserwärmung im Freien begrenzt, insbesondere bei Tag- und Nachtwechseln und starken Wetterwechseln, wodurch eine präzise Erwärmung des menschlichen Körpers schwierig ist. Daher ist die Entwicklung von Materialien und Systemen, die den menschlichen Körper den ganzen Tag über energieeffizient und präzise wärmen können, unerlässlich, um die Energiekrise und die globale Erwärmung einzudämmen.

Zur Lösung dieser Probleme hat das Forschungsteam der Universität Zhengzhou eine energieeffiziente, persönliche Präzisionsheizstrategie für jedes Wetter vorgestellt: Drei Heizmodi, nämlich PRH ohne Energieverbrauch, energiesparende Solarheizung und kompensierende Joule-Heizung, wurden erfolgreich in ein tragbares Mxene/NanoPE-Textilsystem (12 μm) integriert, indem eine dünne Ti3C2Tx-Mxene-Beschichtung (1 μm) auf ein kostengünstiges Nanoporen-Polyethylen (NanoPE)-Textil aufgetragen wurde.

Im Herstellungsprozess polymerisierten die Forscher zunächst eine Schicht Polydopamin (PDA) auf der Oberfläche des NanoPE-Gewebes, um eine hydrophile Oberfläche zu bilden. Das PDA-modifizierte NanoPE-Gewebe wurde anschließend einfach mit einer MXene-Lösung beschichtet, um MXene/NanoPE-Textilien herzustellen. Die Methode ist einfach, praktikabel und eignet sich für die großtechnische Herstellung von MXene/NanoPE-Textilien.

Schematische Darstellung der Wärmeübertragung auf menschliche Haut, bedeckt mit herkömmlichen Textilien und MXene/nanoPE-Textilien sowie Herstellungsprozess und Charakterisierung von MXene/nanoPE-Textilien

MXene/nanoPE-Textilien verfügen nicht nur über hervorragende PRH-Eigenschaften für den Innenbereich, sondern bieten dank der geringen Emission im mittleren Infrarotbereich, der hohen photothermischen Umwandlungseffizienz und der elektrischen Leitfähigkeit von MXene auch hervorragende aktive Solarheizungs- (73.5 °C) und Joule-Heizungseigenschaften (55 °C, 5 V). Darüber hinaus lassen sich die drei Heizmodi einfach umschalten oder kombinieren, sodass MXene/nanoPE-Textilien den menschlichen Körper in verschiedenen Szenarien den ganzen Tag über präzise wärmen können.

Darüber hinaus weisen die erhaltenen MXene/nanoPE-Textilien auch hervorragende Trage- und Verschleißfestigkeitseigenschaften auf, darunter mechanische Festigkeit, Luftdurchlässigkeit, Windbeständigkeit, Flammschutz, Abschirmung gegen elektromagnetische Störungen, antibakterielle Eigenschaften, schnelle Trocknungseigenschaften usw., was sie zu idealen Kandidatenmaterialien und -systemen für ein präzises Wärmemanagement des menschlichen Körpers in der Zukunft macht.

Tragbare Leistung von MXene/nanPE-Textilien

Mit Ti3C2Tx Mxene dekoriertes nanoporöses Polyethylen für passive und aktive persönliche Präzisionsheizung. Es wurde in ACS Nano veröffentlicht.