具有Janus润湿性的亲水改性Al@PVDF-HFP/h-BN纳米纤维膜：用于人体热管理的创新材料

《Applied Nursing Research》：Hydrophilic-modified Al@polyvinylidene fluoride-hexafluoropropylene/h-BN nanofibrous membrane with Janus wettability for human thermal management

本工作成功开发了一种三层结构的功能纳米纤维膜（NFM），其以电纺PVDF-HFP/h-BN NFM为底层、磁控溅射铝（Al）膜为中间层、JF-6011改性层为顶层。获得的JF-Al20@P/h-BN7.5 NFM集多孔结构调控、Janus润湿性设计和辐射冷却能力于一体，展现出高太阳反射率（94.33%）和大气窗口发射率（92.63%），在约950 W/m2太阳辐照下，相较于棉、尼龙和涤纶织物，覆盖该NFM的皮肤模拟器温度分别降低13.5、13.3和8°C，同时具备单向导湿、良好透气性（331.75 mm/s）和透湿率（7.98 kg/m2/D），为高温环境下热舒适纺织品设计提供了新策略。

　　

Section snippets

Materials

PVDF-HFP（分子量Mw = 455,000）和h-BN（1 ~ 2 μm）购自上海阿拉丁生化科技股份有限公司。N,N-二甲基甲酰胺（DMF, AR 99.5%）、四氢呋喃（THF, AR 99.0%）和乙醇（AR 99.7%）由上海化学试剂有限公司提供。铝（Al）靶材（纯度99.99%）购自中国先进材料科技有限公司。亲水剂JF-6011（固含量 ≥ 20%）由江南纺织材料有限公司提供。实验使用去离子水。

Material design and characterization

图2a–d展示了DMF含量对PVDF-HFP纤维表面形态的影响。可以明显看到，随着DMF比例逐渐增加，纤维的平均直径从1.53 μm减小到1.27 μm。此外，在静电纺丝过程中，溶剂的快速蒸发和向外扩散是驱动纤维表面多孔结构形成的主要动力。当DMF比例从10%增加到20%时，纤维表面变得更光滑，表面孔隙减少。

Conclusion

总之，本研究成功开发了一种三层结构的功能性NFM，其包含电纺P/h-BN NFM作为基层、磁控溅射铝膜作为中间层和JF-6011改性层作为顶层。所得的JF-Al₂₀@P/h-BN_7.5 NFM将多孔结构调控、Janus润湿性设计和辐射冷却能力集成到一个单一的纺织品平台上。其独特的多孔结构和光学特性贡献了高达94.33%的太阳反射率和92.63%的大气窗口发射率。在约950 W/m²的太阳辐照度下户外测试中，该NFM展现出卓越的降温性能。此外，该复合材料还拥有单向水分输送能力，同时保持了优异的透气性和透湿率，确保了在极端环境下的长期穿着舒适性。这项研究为高温环境下热舒适纺织品的设计提供了宝贵的见解。

Author contributions

稿件由所有作者共同撰写。所有作者均已批准稿件的最终版本。

CRediT authorship contribution statement

Xihui Cheng: 撰写初稿，验证，研究，形式分析，数据整理，概念化。Pengcheng Wang: 软件，形式分析。Jiwei Li: 监督，资金获取。Na Wang: 审阅编辑，监督，资源。

Declaration of competing interest

作者声明，他们没有已知的竞争性财务利益或个人关系，可能影响本报告所载的工作。

Acknowledgments

我们感谢国家自然科学基金（52203060）、中国博士后基金（2022 M711735）、山东省高等学校青年创新科技计划创新团队（2022KJ152）以及山东省大学生创新创业训练计划项目（S202411065146）的支持。