一种可穿戴气凝胶复合膜及其制备方法技术

本发明专利技术属于复合材料技术领域，涉及一种可穿戴气凝胶复合膜，由辐射保温层、隔热保温层和光热转换层复合而成，其中，所述辐射保温层为低表面能高红外反射率纤维层，纤维之间的孔隙500～1000nm，辐射保温层的厚度10～50μm；所述隔热保温层是气凝胶基底膜，气凝胶的孔径范围200～500nm，膜厚度100～1000μm；所述光热转换层是经亲水改性后的高太阳光吸收率材料构成，孔隙10～200nm，光热转换层的厚度10～100μm。本发明专利技术还公开了所述复合膜的制备方法及其应用，所制得复合膜不仅可以降低在人体微环境调控方面不可再生能源使用量，而且精准调控温度和湿度避免空间局限性，有利于提高穿戴者的穿戴舒适度。本发明专利技术的材料来源广、易制备、环境友好以及节能低碳，有望产业化。有望产业化。有望产业化。

【技术实现步骤摘要】
一种可穿戴气凝胶复合膜及其制备方法


[0001]本专利技术属于复合材料
，涉及气凝胶复合膜，尤其涉及一种可穿戴气凝胶复合膜及其制备方法。
[0002]背景材料
[0003]维持正常的体温是人类生存最基本的需求之一，能够促进人体内环境新陈代谢过程中的能量交换和物质代谢。目前，为了营造舒适的生活环境，人们利用空调和地暖等耗能设备调节室内温度。然而，随着人们生活水平的日益提高，控温控湿设备的需求量不断增加，造成不可再生能源的大量消耗，从而导致资源短缺和环境污染等一系列问题，进一步加剧了我国能源危机。据报道，在建筑、工业和交通等领域消耗大量的化石能源，导致世界面临着不可再生能源短缺问题，其中建筑能耗最为突出，占总能耗的37％。因此，除优化各种传统能源的消费结构外，开发新型能源以提高不可再生能源的利用率已成为能源需求和研究的热点。
[0004]人体热管理是指当人处于极端环境下，为了维持正常的体温需要，依赖于体温调节系统和借助外界控温设备等方式调控体温的过程。人体热管理主要包括散热和保温两种方式。其中，热辐射是人体热量散失最主要的传递方式，占人体总热量传递的40～60％；人体辐射主要集中在8～14μm范围内的中红外波段，被誉为“生命光波”。太阳辐射(0.3～4μm)总功率密度可达1000Wm
‑2。增加太阳辐射吸收、增强建筑太阳辐射光热转换对于增强低温环境人体热量输入有着积极的作用。此外，气凝胶材料作为隔热保温材料，可以抑制被动能量交换，有利于实现辐射保温。因此，设计可穿戴材料具有光热转换、隔热转换、辐射保温功能集成式热管理材料以实现人体热管理已成为近年来研究的热点。
[0005]定向排汗是指当人体皮肤分泌大量汗液时，织物将皮肤表面的汗液转移到外界环境的现象。当皮肤分泌大量汗液在皮肤表面时，往往会导致黏糊糊的不适感以及会产生难闻的气味甚至会导致皮肤类疾病。因此，人体皮肤表面的汗液转移十分必要。此外，分级多孔的Murray结构和润湿性梯度有利于液体的定向转移，进而实现皮肤表面的汗液定向转移。目前市面上的具有汗液管理的可穿戴材料比较少，大多的材料是具有单一功能的汗液管理材料，难以满足穿戴舒适度。因此，设计多功能的可穿戴材料针对人体微环境调控具有重要意义。
[0006]本专利技术利用可穿戴气凝胶复合膜的对人体微环境调控优势，将低表面能高红外反射率辐射保温层和亲水的高太阳光吸收率的光热转换层结合。高红外反射率的辐射保温层可以将人体对外辐射的热量反射回人体，降低人体自身热辐射的散失，而高太阳能吸收率的光热转换层吸收太阳光实现光热转换并与辐射保温层以及气凝胶基底膜的隔热保温层相结合实现集成热管理，调控人体微环境的温度。低表面能的辐射保温层具有疏水的表面而与亲水的光热转换层形成不对称润湿性结构以及与内侧到外侧的分级多孔Murray结构相结合，有利于皮肤表面汗液的定向转移，从而实现对人体微环境的湿度调控。湿度调控和温度调控的双重结合，实现对人体微环境的调控。

技术实现思路

[0007]针对现有技术中存在不足，本专利技术的目的是以气凝胶膜为膜基底，通过在表面附着低表面能高红外反射率纤维和亲水的高太阳光吸收率的材料制备兼具集成热管理和定向排汗的可穿戴气凝胶复合膜，实现对人体微环境温度和湿度调控。
[0008]技术方案
[0009]一种可穿戴气凝胶复合膜，由辐射保温层、隔热保温层和光热转换层复合而成，其中，所述辐射保温层为低表面能高红外反射率纤维层，纤维之间的孔隙500～1000nm，辐射保温层的厚度10～50μm；所述隔热保温层是气凝胶基底膜，气凝胶的孔径范围200～500nm，膜厚度100～1000μm；所述光热转换层是经亲水改性后的高太阳光吸收率材料构成，孔隙10～200nm，光热转换层的厚度10～100μm。
[0010]本专利技术较优公开例中，所述低表面能高红外反射率纤维为银纳米纤维、铜纳米纤维、铝纳米纤维中的任一种或多种组合。
[0011]本专利技术较优公开例中，所述高太阳光吸收率材料为石墨烯、碳纳米管、Mxene中的任一种或多种组合。
[0012]本专利技术较优公开例中，所述气凝胶膜为纤维素气凝胶膜、再生纤维素气凝胶膜、碳气凝胶膜、凯夫拉气凝胶膜、聚乙烯气凝胶膜中的任意一种。
[0013]本专利技术还公开了上述可穿戴气凝胶复合膜的制备方法，包括如下步骤：
[0014]a)每克低表面能高红外反射率纤维溶解在10～100mL去离子水中，得到高红外反射率纤维溶液；
[0015]b)将高太阳光吸收率材料按质量比为1:2～1:50投入浓硝酸中80～150℃高温反应2～8h进行亲水改性，然后将每克亲水的高太阳光吸收率材料分散在5～50mL去离子水中，得亲水的高太阳光吸收率悬浮液；
[0016]c)将直径1～30cm的气凝胶膜固定在抽滤装置上，先将1～15mL亲水的高太阳光吸收率悬浮液抽滤在气凝胶膜的一侧，再将1～20mL高红外反射率纤维溶液抽滤在气凝胶膜的另一侧，40～90℃真空干燥2～8h，即得。
[0017]本专利技术的另外一个目的，在于将所制备的可穿戴气凝胶复合膜，应用于人体微环境调控。
[0018]本专利技术所制得的复合膜可通过光热转换层、隔热保温层、辐射保温层协同作用实现集成热管理。其亲水改性的高太阳光吸收率层、隔热保温的气凝胶层、表面能高红外反射率层形成了润湿性梯度和分级多孔Murray结构，即不对称润湿性结构和分级的孔径分布，这种独特的结构有利于实现汗液的定向转移；而湿度管理与温度调控相结合，通过调控人体微环境以提高穿戴者的舒适度。
[0019]有益效果
[0020]本专利技术为提高人体微环境舒适度为功能导向，设计兼具集成热管理和定向排汗性能的可穿戴材料，不仅可以降低在人体微环境调控方面不可再生能源使用量，而且精准调控人体微环境的温度和湿度避免空间局限性，有利于提高穿戴者的穿戴舒适度。此外，本专利技术的材料来源广、易制备、环境友好以及节能低碳为节能减排的发展提供了崭新的设计理念和战略思想，也为人体热舒适材料的潜在应用提供经济基础和发展前景。
附图说明
[0021]图1.实施例1中制备的铜纳米线的SEM图，
[0022]图2.实施例1中制备的再生气凝胶膜的SEM图，
[0023]图3.实施例1中制备的碳纳米管的SEM图。
具体实施方式
[0024]下面结合实施例对本专利技术进行详细说明，以使本领域技术人员更好地理解本专利技术，但本专利技术并不局限于以下实施例。
[0025]实施例1
[0026]一种可穿戴气凝胶复合膜的制备方法，包括如下步骤：
[0027]a)按每克铜纳米线在20mL去离子水中，得到高度分散的铜纳米线溶液。将碳纳米管按质量比为1：10投入浓硝酸中在120℃下高温反应5h进行亲水改性，随后按每克亲水的碳纳米管分散在50mL中，得高度分散的亲水的碳纳米管悬浮液；
[0028]b)固定基底膜，将再生纤维素气凝胶膜固定在抽滤装置上，先将8mL高度分散的亲水的碳纳米管悬浮液抽滤在再生本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种可穿戴气凝胶复合膜，由辐射保温层、隔热保温层和光热转换层复合而成，其特征在于：所述辐射保温层为低表面能高红外反射率纤维层，纤维之间的孔隙500～1000nm，辐射保温层的厚度10～50μm；所述隔热保温层是气凝胶基底膜，气凝胶的孔径范围200～500nm，膜厚度100～1000μm；所述光热转换层是经亲水改性后的高太阳光吸收率材料构成，孔隙10～200nm，光热转换层的厚度10～100μm。2.根据权利要求1所述的可穿戴气凝胶复合膜，其特征在于：所述低表面能高红外反射率纤维为银纳米纤维、铜纳米纤维、铝纳米纤维中的任一种或多种组合。3.根据权利要求1所述的可穿戴气凝胶复合膜，其特征在于：所述高太阳光吸收率材料为石墨烯、碳纳米管、Mxene中的任一种或多种组合。4.根据权利要求1所述的可穿戴气凝胶复合膜，其特征在于：所述气凝胶膜为纤维素气凝胶膜、再生纤维素气凝胶膜、碳气凝胶膜、凯夫...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈永芳，邱凤仙，张涛，杨冬亚，戴玉婷，李张迪，岳学杰，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：