隨著在日常工作和生活中人們對舒適的人體熱環境的日益追求，住宅和商業用電的大部分被用于室內采暖或制冷，占到全球總能耗的40%。傳統的調節建筑中體積空間溫度的策略由于不可避免的造成熱量流失到外部環境而需要過多的能源消耗，且不如直接應用于單獨的溫度調節有效。采暖、通風、空調等空間采暖/制冷方式不能滿足個體對熱舒適度要求不同的需求，也不適合室外環境。盡管用于日常環境的個人熱管理（PTM）材料被廣泛研究，但在復雜和戶外場景中具有出色可行性的多功能PTM材料的探索仍處于起步階段。

02成果掠影

北京化工大學楊冬芝教授、于中振教授研究團隊受大氣溫度調節效應啟發，提出了一種具有“能量調節”和“能量逆補償”特性的太陽熱梯度還原氧化石墨烯（RGO）氣凝膠基雙層相變復合材料（GRGC）的自自適應PTM應用設計。通過整合RGO的光熱能轉換能力、氣凝膠/十八烷雙層結構的熱調控與內部獨特的梯度RGO框架，以及十八烷的潛熱補償，雙層GRGC可以作為一種高效的PTM器件，緩解惡劣環境下人體皮膚的劇烈溫度變化。該多功能PTM器件不僅可以通過太陽能熱轉換、氣凝膠隔熱保溫和相變潛熱釋放的協同作用，可以在-5°C的寒冷環境中保持溫暖的皮膚表面微氣候，還可以通過其相變行為和保溫作用提供高效的熱緩沖以防止高溫環境中的高熱。同時，多物理場仿真結果也驗證了精心設計的GRGC結構的優越性，其PTM性能突出。這種梯度和雙分子層設計為制造自適應PTM器件在惡劣環境中的應用開辟了新途徑。研究成果以“Nature-Inspired Solar-Thermal Gradient Reduced Graphene Oxide Aerogel-based Bilayer Phase Change Composites for Self-Adaptive Personal Thermal Management”為題發表于《Advanced Functional Materials》。

03圖文導讀

圖1、a）GRGC制造過程示意圖，PRGO是指部分還原的氧化石墨烯。b）VC 溶液的紫外光譜（20 μg mL-1），及在UV-vis測量前從底部（B）、中間（M）和頂部（T）稀釋 1000 倍的梯度色散采樣；c）GRGC及其放大的d）氣凝膠層和e）PCM層的SEM圖。

圖2、a）XPS光譜以及b）GO和GRGA的頂部（T），中部（M）和底部（B）的高分辨率C 1s光譜；c）ID/IG分布，及 d）GO、e）RGA、f）頂部、g）中部和 h）GRGA 底部的 Raman 成像，藍色、綠色和紅色對應的 ID/IG值分別為 ≈0.8、≈1.0 和 ≈1.3。

圖3、a）UV–vis–NIR吸收光譜，及b）GO、RGA、GRGA底部、中部和頂部在不同溫度下的熱導率；c）十八烷和GRGC PCM層的DSC曲線；d）GRGA、RGA、GRGC和RGC的表面溫度-時間曲線；f）GRGC和RGC的表面和界面溫度-時間曲線；e、 g）太陽能熱加熱和后續冷卻過程中GRGA、RGA、GRGC和RGC的紅外圖像，受激太陽光為1太陽功率（1 kW m-2）。

圖4、在a)-5℃和f)40℃環境下測量表面和界面溫度示意圖；在b)冷(-5℃)、d)冷(-5℃)、g）熱(40℃)和i)熱(40℃)條件下模擬皮膚、棉花、RGA、RGC和GRGC的界面溫度-時間曲線；在c)冷(?5℃)、e)冷(?5℃)、h)熱(40℃)和 j)熱(40℃)條件下，模擬皮膚、棉花、RGA、RGC和GRGC的溫度差(ΔT)，ΔT由棉花、RGA、RGC或GRGC的Ti減去未覆蓋的裸露模擬皮膚的表面溫度計算得出。

圖5、a)邊界條件和b)冷場多物理場模擬示意圖；c)不同條件下模擬結果的平均界面溫度-時間曲線；d)在?5°C有或沒有模擬陽光的寒冷環境和在40°C有或沒有模擬陽光的炎熱環境下，在指定時間的模擬結果的溫度等值線圖。

審核編輯 ：李倩