双网络技术使得这种可循环利用的吸水橡胶具备了卓越的吸水能力和机械性能，实现了闭环循环利用

《Polymer》：Dual Networks Enable Closed-Loop Recyclable Water-Swelling Rubber with Superior Swelling Capacity and Mechanical Properties

本研究开发了一种石蜡@聚偏氟乙烯（PP）纤维膜，通过有机-无机界面工程涂覆聚苯胺/MXene混合涂层。该膜具备快速光热响应（26.2°C）、高效电磁屏蔽（>40dB）和低红外发射率（0.42），实现了热缓冲与主动加热的协同作用，为智能纺织品提供了新策略。

　　

作者：穆毅汉（Muyi Han）、魏荣军（Rongjun Wei）、权秉清（Bingqing Quan）、王嘉硕（Jiashuo Wang）、胡新鹏（Xinpeng Hu）、卢翔（Xiang Lu）

中国华中科技大学能源转换与存储材料化学重点实验室，教育部，武汉430074

摘要

随着智能可穿戴设备的快速发展，对能够提供有效热管理和电磁屏蔽的材料的需求日益增加。然而，在柔性膜中集成快速热响应、持续的热缓冲和电磁保护仍然具有挑战性。相变材料具有潜热储存能力，但其与功能性填料的结合受到有限柔韧性和弱界面粘附性的阻碍，这会破坏功能层的连续性并降低性能。在这里，我们制备了一种含有石蜡@聚偏二氟乙烯（PP）纤维膜，并在其表面涂覆了有机-无机聚苯胺/MXene（PANI/MXene）杂化涂层。PANI形成了一个柔性和亲水性的表面，有助于MXene纳米片的均匀沉积和界面整合，从而形成连续的导电网络。这种杂化涂层实现了快速光热加热、高效的焦耳加热和强大的电磁屏蔽效果。由于相变层提供的潜热储存能力，该膜在AM 1.5辐照下温度升高了26.2°C，在3.5V电压下可加热至54.5°C，电磁屏蔽效果超过40dB。这项工作展示了一种稳定且可扩展的涂层策略，适用于下一代可穿戴材料。

引言

可穿戴电子设备和智能纺织品的快速发展加剧了对能够维持稳定个人微气候材料的需求[1]。由于其透气性、柔软性和低质量，柔性纤维膜在这方面具有吸引力，但它们的固有热性能不足以应对实际环境中的温度波动[2]。特别是，原始聚合物纤维的热储存能力有限，对环境变化的抵抗力差，这限制了它们保护人体免受瞬态热应力的能力[3]。相变材料（PCMs）为这一限制提供了直接解决方案[4]。它们可逆的固液转变使得它们能够储存和释放大量潜热，从而在没有外部能量输入的情况下缓冲温度波动并保持稳定的热状态[5]。当嵌入纤维结构中时，PCMs不仅作为被动的热储存库，还作为瞬态热流的调节器，平滑突然的温度变化并稳定皮肤界面的热环境[6]。封装在聚合物壳层中可以保护PCM在熔化和固化过程中的完整性，防止泄漏，并在弯曲或变形时保持局部热分布[7]。这些特性使得核壳相变纤维成为可穿戴热管理的坚固基础，因为它们在保持机械柔韧性和透气性的同时提供连续的热缓冲。

对于快速加热或自适应控制，通常需要主动的热响应，因此PCMs与光热和电热组件相结合[8]。导电聚合物、碳纳米材料和MXene纳米片可以通过相互连接的导电路径在低电压下吸收太阳辐射或产生电阻热[9]。当与PCMs结合时，这些主动元件通过快速升温和可编程的热输出补充了潜热缓冲。先前的研究表明，将光热涂层与PCM核心结合可以提高太阳能利用率，而平面内的导电网络可以实现快速且均匀的焦耳加热[10]。在这些混合结构中，PCMs在主动刺激下吸收多余的热量，在冷却过程中释放热量，防止过热并增强温度调节的时间稳定性[11]。这种协同作用使得热管理更加有效：主动加热改变热状态，而被动缓冲则稳定热状态，这对于暴露在动态环境条件下的可穿戴系统至关重要。同时，可穿戴平台始终需要屏蔽由密集无线基础设施产生的电磁污染[12]。MXene、碳纳米管（CNT）和其他混合纳米复合材料在实现强电磁衰减方面显示出潜力，但大多数解决方案依赖于多层堆叠或刚性结构，这会牺牲柔韧性和长期耐用性[13]。在可变形基底上保持涂层的连续性仍然是一个核心挑战，尤其是在必须同时实现多种功能而不牺牲机械强度的情况下[14]。

在这项工作中，我们通过逐步设计解决了这些挑战，将相变能量储存与化学工程化的有机-无机涂层相结合（图1）。石蜡@聚偏二氟乙烯（PP）核壳纤维提供了有效的潜热储存，形成了一个能够调节快速温度波动的稳定热储存库。PANI的原位聚合形成了一个具有强光热吸收的导电层，同时将疏水性的PVDF表面转变为亲水性和电活性界面。这种转变使得MXene纳米片的均匀沉积和界面整合成为可能，它们组装成一个连续的导电网络，支持高效的焦耳加热和强电磁衰减[15]。集成的PANI/MXene涂层进一步减少了辐射热损失，实现了0.42的低红外发射率，同时在变形时保持机械完整性。在可穿戴和保护性应用中，红外发射率是一个关键参数，它控制着材料表面与周围环境之间的辐射热交换。降低发射率可以抑制向外的热辐射，从而补充PCM的潜热缓冲功能和主动的电热/光热响应。通过同时调节传导、对流和辐射热传递路径，复合膜在动态条件下实现了更全面的热管理。此外，红外发射的抑制有助于减少热特征，这对于保护性纺织品和自适应伪装应用非常有益。在单一柔性膜中结合潜热缓冲、快速光热和电热响应、强电磁屏蔽以及红外隐蔽性，展示了有机-无机界面工程在相变基底上的有效性。这种策略建立了一个连贯的热和电磁保护系统，无需多层组装的复杂性，为下一代智能纺织品提供了实用的方向，以实现个人舒适性、电子安全和自适应伪装。

材料

石蜡（PW）的熔点范围为36-39°C，购自中国杭州鲁尔科技有限公司。本文中的PVDF指的是聚偏二氟乙烯-六氟丙烯（PVDF-HFP），购自中国上海阿拉丁生物化学技术有限公司。苯胺（C₆H₅NH₂，AR）购自上海阿拉丁生物化学技术有限公司。过硫酸铵（APS，(NH₄)₂S₂O₈，AR）购自中国国药化学试剂有限公司。盐酸（HCl）

PPM复合膜的微观结构

为了清晰起见，本节中使用的样品命名定义如下：PP表示石蜡（PW）被封装在PVDF壳层中的核壳膜。PPPx表示经过原位聚合聚苯胺的膜，其中x对应于聚合时间（以小时计）。PPMy表示进一步加载了MXene的PP膜，y表示沉积的MXene量，由喷涂循环次数决定。

如图2a所示，

结论

总之，PP核壳纤维的合理设计和分层集成、原位聚合的PANI中间层以及均匀沉积的MXene网络形成了具有耦合热和电功能的多功能复合膜。有机-无机杂化涂层被证明可以提高功能性能。因此，潜热储存、界面化学调节和连续电子路径的协同组合使得

CRediT作者贡献声明

胡新鹏（Xinpeng Hu）：撰写 – 审稿与编辑、监督、项目管理、概念化。卢翔（Xiang Lu）：监督。权秉清（Bingqing Quan）：资源获取、实验研究、数据分析。王嘉硕（Jiashuo Wang）：撰写 – 原始草稿、可视化、软件处理。穆毅汉（Muyi Han）：撰写 – 原始草稿、可视化、实验研究、数据分析。魏荣军（Rongjun Wei）：撰写 – 审稿与编辑、验证、软件使用、方法论设计

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的财务利益或个人关系可能会影响本文所述的工作。

数据可用性

数据可应要求提供。

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的财务利益或个人关系可能会影响本文所述的工作。

致谢

本工作得到了国家自然科学基金（编号：52473033）的支持。