Normaalisti keho menettää noin 50 prosenttia lämmöstään säteilemällä keski-infrapunasäteitä. Infrapunasäteilyn häviön vähentämiseksi tehokas strategia on säädellä tekstiilien ja vaatteiden keski-infrapunasäteilyn emissiivisyyttä, jolloin voidaan toteuttaa ihmiskehon passiivinen säteilylämmitys (PRH). Perinteisiin lämmitysstrategioihin verrattuna PRH:lla on etuna se, ettei se kuluta energiaa, ja se on tarkempi ja tehokkaampi. PRH:n maksimaalinen lämmöneristyskyky on kuitenkin rajallinen ulkoympäristössä, erityisesti päivän ja yön vaihteluiden ja suurten säänvaihteluiden aikana, jolloin ihmiskehon tarkka lämmitys on vaikeaa saavuttaa. Siksi materiaalien ja järjestelmien kehittäminen, jotka pystyvät lämmittämään ihmiskehoa tarkasti ja energiatehokkaasti koko päivän, on välttämätöntä energiakriisin ja ilmaston lämpenemisen lieventämiseksi.

Näiden ongelmien ratkaisemiseksi Zhengzhoun yliopiston tutkimusryhmä raportoi energiatehokkaasta, kaikkiin sääolosuhteisiin soveltuvasta henkilökohtaisesta tarkkuuslämmitysstrategiasta: Kolme lämmitystilaa, nimittäin energiaa säästävä PRH, energiaa säästävä aurinkolämmitys ja kompensoiva Joule-lämmitys, integroitiin onnistuneesti puettavaan Mxene/nanoPE-tekstiilijärjestelmään (12 μm) päällystämällä ohut Ti3C2Tx Mxene -pinnoite (1 μm) edulliselle nanohuokoisesta polyeteenistä (nanoPE) valmistetulle tekstiilille.

Valmistusprosessissa tutkijat polymeroivat ensin polydopamiinikerroksen (PDA) nanoPE-kankaan pinnalle in situ hydrofiilisen pinnan muodostamiseksi. PDA-modifioitu nanoPE-kangas päällystetään sitten MXene-liuoksella MXene/nanoPE-tekstiilien valmistamiseksi. Menetelmä on yksinkertainen, toteuttamiskelpoinen ja soveltuu MXene/nanoPE-tekstiilien laajamittaiseen valmistukseen.

Kaaviokuva ihmisen ihon lämmönsiirtopinnasta, joka on päällystetty perinteisillä tekstiileillä ja MXene/nanoPE-tekstiileillä, sekä MXene/nanoPE-tekstiilien valmistusprosessi ja karakterisointi

MXene/nanoPE-tekstiileillä on erinomaiset PRH-ominaisuudet sisätiloissa, ja niillä on myös erinomaiset aktiivinen aurinkolämmitys (73.5 ℃) ja joulelämmitysominaisuudet (55 ℃, 5 V) MXenen alhaisen keski-infrapunasäteilyn, korkean fototermisen muunnoshyötysuhteen ja sähkönjohtavuuden ansiosta. Lisäksi kolmea lämmitystilaa voidaan helposti vaihtaa tai yhdistää, jolloin MXene/nanoPE-tekstiilit voivat lämmittää ihmiskehoa tarkasti koko päivän ajan erilaisissa tilanteissa.

Lisäksi saaduilla MXene/nanoPE-tekstiileillä on erinomaiset kulutuskestävyys- ja käyttöominaisuudet, kuten mekaaninen lujuus, ilmanläpäisevyys, tuulenkestävyys, palonesto, sähkömagneettisten häiriöiden suojaus, antibakteeriset ominaisuudet ja nopea kuivuminen, mikä tekee niistä ihanteellisia materiaaleja ja järjestelmiä ihmiskehon tarkkaan lämmönhallintaan tulevaisuudessa.

MXene/nanPE-tekstiilien puettava suorituskyky

Ti3C2Tx Mxeenillä koristeltu nanohuokoinen polyeteeni passiiviseen ja aktiiviseen henkilökohtaiseen tarkkuuslämmitykseen. Se julkaistiin ACS Nanossa.