综述:智能变色纺织品在零碳辐射热管理中的应用研究

【字体: 时间:2025年05月12日 来源:Applied Materials Today 7.2

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  (编辑推荐)这篇综述系统探讨了智能变色纺织品(thermochromic/electrochromic/photochromic)在个人辐射热管理(PRTM)中的创新应用,通过动态调控光学与辐射特性(如红外发射率ε达0.58变化),实现零碳能耗的温度自适应调节,为纺织业高端化、绿色化发展提供新范式。

  

Abstract
全球气候变化加剧与个体热舒适需求增长背景下,个人辐射热管理(PRTM)技术因显著节能特性成为研究热点。智能变色纺织品能通过热致变色、电致变色和光致变色材料实现光学与辐射特性的动态可逆调控,兼具实时响应与零碳潜力。本文全面梳理辐射冷却(如梯度结构多孔超材料GSPMs反射率97.3%)与太阳能加热(如P(VdF-HFP)涂层透光率0.94)的理论基础,并重点分析三类变色机制及其在PRTM中的最新应用。

Introduction
传统空调系统依赖化石燃料,而PRTM技术通过调控人体微环境辐射热(如宇宙3 K与人体310 K间的热交换)实现节能。纳米光子学与超材料发展推动该领域突破,如温度自适应辐射涂层(TARC)在15°C/30°C时发射率从0.20跃升至0.90。智能变色纺织品凭借柔性、透气性和低成本优势,成为解决被动式技术局限的关键。

Radiative cooling and solar heating
热辐射本质是物体(如太阳6000 K)通过电磁波传递能量。人体通过辐射(占比>50%)、对流和传导维持37°C恒温。辐射冷却依赖大气透明窗口(8–13 μm),而太阳能加热利用太阳光谱(0.3–2.5 μm)。例如,湿法处理的P(VdF-HFP)多孔涂层在加热模式下可实现高于环境温度21.4°C的升温。

Mechanism and application of color-changing materials

  • 热致变色材料:基于温度触发分子构象变化,如PEAC涂层通过相变调节发射率。
  • 电致变色材料:通过电场调控载流子浓度改变光学特性,如WO3基纺织品。
  • 光致变色材料:利用光异构化反应,如偶氮苯衍生物在紫外/可见光下的可逆变色。

Summary and Perspective
当前挑战包括热致变色材料的热稳定性(如循环寿命<1000次)、电致变色纺织品的能耗平衡(需<1 V驱动电压),以及光致变色体系的响应速度(毫秒级需求)。未来需开发多刺激响应协同体系,并建立标准化性能评价方法(如ASTM E1980),以加速产业化进程。

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