具有被动隔热性能和主动光热转换能力的仿生可染色光热气凝胶纤维，用于调节服装温度

《ACS Applied Polymer Materials》：Biomimetic Dyeable Photothermal Aerogel Fibers with Passive Insulation and Active Photothermal Capacity for Thermoregulating Clothes

　　

摘要

光热气凝胶纤维在极端寒冷环境中的智能热管理方面具有广泛应用前景，但其可大规模生产受到缓慢的凝胶化动力学、较差的机械强度和有限的可染色性的限制。本文报道了一种原位光交联策略，用于快速制备可染色的光热气凝胶纤维，该方法以热塑性聚氨酯（TPU）作为外层，甲基化壳聚糖（CSMA）气凝胶作为核心。在紫外线照射下，CSMA核心在15秒内发生交联，使得在去离子水凝固浴中1分钟内即可完成快速液-固转变。为了平衡可染色性与光热性能，我们在TPU外层中加入了铯钨青铜（CWO）纳米颗粒，或者在CSMA核心层中原位聚合聚吡咯（PPy），从而制备出了浅蓝色的TPU/CWO@CSMA纤维和接近白色的TPU@CSMA-PPy纤维。这两种纤维都展现出优异的机械性能（拉伸强度3.1–3.3 MPa，延伸率>1600%）和低的热导率（0.047 ± 0.0004 W·m^–1·K^–1），实现了被动热绝缘与主动光热加热性能的良好协同优化。它们还具有良好的可染色性，可以制备出多种颜色的纤维，同时保持优异的光热性能。TPU/CWO@CSMA纤维在1太阳光照射下可升温至66.7℃，在-20℃时通过CWO的LSPR效应可升至19.2℃。TPU@CSMA-PPy纤维在-7℃时的升温幅度约为16℃，在0℃时为20℃，且冷却速度较慢。室外测试表明，织物温度可保持在25–34℃的温和范围内，而不会过热。这项工作克服了传统光热气凝胶纤维的技术瓶颈——这些纤维通常只能呈现单一的不可染色颜色，展现了其在个人热管理及相关应用中的巨大潜力。