各向异性导热电纺织物：面向多场景全天候辐射冷却的创新解决方案

《Polymer》：Anisotropic thermally conductive electrospun fabrics for multi-scenario all-day radiative cooling

本文报道了一种通过一步电纺技术制备的PVDF/BNNS（聚偏氟乙烯/氮化硼纳米片）织物，该织物创新性地将被动辐射冷却与热传导冷却相结合。其关键创新在于BNNS在PVDF纤维内的定向排列形成了面内高热导通路（2.292 W m?1 K?1），而层间高界面热阻导致面外低热导（0.0547 W m?1 K?1），实现了高达41.9的热导各向异性。同时，高折射率BNNS作为高效光散射中心，使织物太阳能反射率达87.7%，并在大气窗口（ATW，8–13 μm）内红外发射率超过90%。该织物在白天（太阳辐照度≈378 W m?2）和夜间分别可降低模拟皮肤温度8°C和6°C，兼具透气性、疏水性和柔韧性，为零能耗个人热管理（PTM）提供了实用策略。

　　

Highlight

Materials

聚偏氟乙烯（PVDF, Kynar 761A）由阿科玛公司提供。平均尺寸为10微米的六方氮化硼（h-BN）由Naio Nanotech公司提供。硼酸（BA, AR）、N,N-二甲基甲酰胺（DMF）和丙酮购自国药集团化学试剂有限公司。所有购买的试剂均未经进一步纯化直接使用。

Exfoliation of h-BN

采用Yang等人[34]的硼酸辅助球磨法对h-BN进行剥离（图1a）。将原始h-BN与BA按质量比1:4混合，在350 rpm的转速下进行球磨。

Preparation and characterization of PVDF/BNNS fabrics

PVDF/BNNS织物的完整合成过程如图1所示。具有大横向尺寸的少层BNNS对于构建高效热传导通路至关重要[35]。此外，为了实现有效的辐射冷却，BNNS的尺寸应与入射光波长相当或更大，以增强太阳光谱（0.3–2.5 μm）内可见光和近红外光的散射[36, 37, 38]。因此，本研究采用硼酸辅助球磨法。

Conclusion

总之，我们成功制备了一种集热传导冷却和被动辐射冷却于一体的可穿戴PVDF/BNNS冷却织物。通过一步电纺丝技术，BNNS在PVDF基质中定向排列，形成连续的热通路，并实现了41.9的各向异性热导率。此外，BNNS的高折射率与PVDF纤维的多孔结构相结合，实现了高达87.7%的太阳能反射率。再加上PVDF中C–F键和BNNS中B–N键在大气窗口内的弯曲振动产生的多个吸收峰，织物在整个大气窗口内的红外发射率保持在90%以上。因此，PVDF/BNNS织物展现出卓越的全天被动个人冷却能力，在白天（太阳辐照度≈378 W m^?2）和夜间分别能将模拟皮肤温度降低8°C和6°C。此外，该织物还保持了良好的透气性、疏水性和柔韧性，为零能耗个人热管理（PTM）提供了一种实用策略。

CRediT authorship contribution statement

董静文: 调研，撰写初稿。林康: 形式分析，验证。郭晶晶: 软件。何晨根: 监督。苏凤美: 资源。刘春太: 项目管理。冯跃战: 概念化，资金获取，撰写-审阅编辑。

Declaration of competing interest

作者声明，他们没有已知的可能影响本工作报告的竞争性财务利益或个人关系。

Acknowledge

作者诚挚感谢国家自然科学基金（项目批准号52273085）和河南省自然科学基金（项目批准号252300421087）对本工作的资助。