일반적으로 인체는 중적외선을 방사하여 열의 약 50%를 손실합니다. 적외선 복사 손실을 줄이기 위한 효과적인 전략은 섬유와 의류의 중적외선 방사율을 조절하여 인체의 수동 복사 가열(PRH)을 실현하는 것입니다. PRH는 기존 난방 방식과 비교하여 에너지 소비가 없고 정확도와 효율성이 높다는 장점이 있습니다. 그러나 PRH의 최대 단열 성능은 실외 환경에서 제한적이며, 특히 주야간 및 기상 변화가 심한 경우 인체를 정확하게 가열하기 어렵습니다. 따라서 에너지 효율적인 방식으로 하루 종일 인체를 정확하게 가열할 수 있는 소재와 시스템의 개발은 에너지 위기와 지구 온난화를 완화하는 데 필수적입니다.

이러한 문제를 해결하기 위해 정저우 대학 연구팀은 에너지 효율적인 전천후 개인용 정밀 난방 전략을 보고했습니다. 에너지 소비가 없는 PRH, 에너지 절약형 태양열 난방, 보상 줄 난방의 세 가지 난방 모드를 저렴한 나노포어 폴리에틸렌(nanoPE) 섬유에 얇은 Ti12C3Tx Mxene 코팅(2μm)을 코팅하여 착용형 Mxene/nanoPE 섬유(1μm) 시스템에 성공적으로 통합했습니다.

제조 과정에서 연구진은 먼저 나노PE 직물 표면에 폴리도파민(PDA) 층을 중합하여 친수성 표면을 형성했습니다. PDA로 개질된 나노PE 직물을 MXene 용액으로 간단히 코팅하여 MXene/nanoPE 직물을 제조했습니다. 이 방법은 간단하고, 실현 가능하며, MXene/nanoPE 직물의 대량 제조에 적합합니다.

전통 섬유와 MXene/nanoPE 섬유로 코팅된 인간 피부 열전달의 개략도 및 MXene/nanoPE 섬유의 제조 공정 및 특성 분석

MXene/nanoPE 섬유는 우수한 실내 PRH 특성을 가질 뿐만 아니라, 낮은 중적외선 방출, 높은 광열 변환 효율 및 전기 전도성 덕분에 뛰어난 능동 태양열 가열(73.5℃) 및 줄 가열(55℃, 5V) 기능을 발휘합니다. 또한, 세 가지 가열 모드를 쉽게 전환하거나 조합할 수 있어 MXene/nanoPE 섬유는 다양한 환경에서 하루 종일 인체를 정확하게 가열할 수 있습니다.

또한, 얻어진 MXene/nanoPE 섬유는 기계적 강도, 공기 투과성, 방풍성, 난연성, 전자파 간섭 차폐, 항균성, 속건성 등 뛰어난 착용성과 내마모성 특성을 나타내어 미래에 인체의 정밀한 열 관리를 위한 이상적인 후보 소재 및 시스템이 될 수 있습니다.

MXene/nanPE 섬유의 착용 성능

Ti3C2Tx Mxene으로 장식된 나노다공성 폴리에틸렌은 수동 및 능동 개인 정밀 난방에 적합합니다. 이 논문은 ACS Nano에 게재되었습니다.