可穿戴热管理应用的功能材料和创新策略

来源 | Nano-Micro Letters

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背景介绍

纳米材料和制造工艺的最新进展促进了智能可穿戴设备和众多可穿戴应用的出现。由于热管理与人体的内稳态密切相关，可穿戴式热管理在学术和工业领域受到了广泛关注。人体产生热量，身体可通过出汗和辐射来散发热量，以保持体内平衡。一旦环境温度与体温相差太大，则会引起身体热不适，严重甚至会导致器官衰竭。可穿戴热管理设备可基于不同的材料和系统策略来实现热稳态，从而增强人体的温度调节功能。本文综述了近年来可穿戴热管理材料和创新策略的研究进展，并讨论了构成每种策略的每种材料/设备的优势和局限性，然后总结了热调节可穿戴技术的未来前景和挑战，以便为未来的热调节可穿戴行业的发展提供思路。由于热管理与人体的内稳态密切相关，可穿戴式热管理在学术和工业领域受到了广泛关注。

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成果掠影

近期，韩国首尔国立大学Seung Hwan Ko教授课题组和韩国东国大学Jinwoo Lee综述了近年来帮助调节人体体温的可穿戴热管理设备以及涉及的材料和创新策略的相关研究进展。为了系统阐述这些内容，该团队将热调节可穿戴设备分为主动和被动式热管理，并进一步介绍了涉及到的各种功能材料和热管理策略。并讨论了构成每种策略的材料/设备的优势和局限性，最后总结了热调节可穿戴技术的未来前景和挑战。

相关研究成果以“Functional Materials and Innovative Strategies for Wearable Thermal Management Applications”为题发表于《Nano-Micro Letters》。

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图文导读

图1.被动式热管理方法。(a)用高潜热或高热容的材料来储存来自外界环境的热量; (b) 隔热层，最大限度地减少热量传递到人体皮肤; (c)与空气交换热量的导热材料; (d) 吸收太阳能并加热人体皮肤的光热材料; (e) 辐射冷却材料，通过反射可见光并向太空发射红外光来冷却人体皮肤; (f) 有利于液体到蒸汽转变的蒸发冷却材料。

图2.主动热管理方法。(a)焦耳加热; (b)主动微流控冷却; (c)电、磁、热制冷和加热; (d) 热电装置的冷却和加热。

图3.基于储热的个人热管理。(a) 用于个人医疗保健的具有热能储存的相变水凝胶。(b) 个人热管理的自修复式热能储存。(c) 高储热和基于热扩散的热调节。

图4.用于被动热管理的高导热材料。(a) 在垂直方向上取向排列的导热氮化硼复合材料; (b)具有沿平面取向结构的导热液态金属-弹性体复合材料; (c)导热氮化硼纳米片复合材料，可以根据制造方法在垂直方向和面内方向取向排列。

图5.用于被动热管理的隔热材料。(a)用于高温(>500°C)隔热的芳纶纳米纤维气凝胶; (b)仿驼峰织物面料，用于消防热防护; (c)陶瓷纳米纤维气凝胶具有优异的可弯曲性和可压缩性。

图6.基于光热效应的被动热管理。(a) AM 1.5 G太阳光谱。插图是光热效应加热材料的示意图; (b)可穿戴透明MXene & AgNP涂层，具有光驱动可愈合性能; (c)光热治疗用生物基材料微针贴片。

图7.用于被动温度调节的汗液蒸发。(a)一种具有吸汗功能的防垢冷却织物，用于个人冷却管理; (b) 受人体呼吸的启发，疏水/亲水设计的人工排汗皮肤; (c)具有单向水运的仿生蒸腾纺织品。

图8.用于被动热管理的个人辐射制冷。(a)纳米加工丝绸基辐射制冷纺织品; (b) Janus纺织品具有辐射冷却和太阳能加热功能，适合全天户外个人热管理; (c)分层纤维膜，利用辐射和蒸发散热，以提高冷却性能。

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