发明内容

本发明针对现有技术存在的缺点和不足，基于非对称的微纳光学结构，提出了一种能够实现可切换保温与散热双功能、生物毒性低、穿着性能优良、基于一种金属形成的结构的个人热管理织物及其制备方法。

一种保温与散热双功能热管理织物，包括：

纤维织物、设于所述纤维织物一侧的金属纳米颗粒层以及设于所述纤维织物另一侧的多孔聚合物涂层。

上述技术方案中，所述纤维织物作为基底层，可以选用化学纤维也可以选用天然纤维。金属纳米颗粒层作为保温层为热管理织物提供保温模式，多孔聚合物涂层作为散热层为热管理织物提供散热模式。热管理织物的保温模式和散热模式均可单独使用。

本发明的热管理织物具有优良的穿着性能，包括抗撕拉与透气性能，其透气性能等同与常见的化学纤维和天然纤维。

作为优选，所述纤维织物为聚酯纤维(涤纶)、聚酰胺纤维(尼龙)、聚氨基甲酸酯纤维(氨纶)、聚乙烯醇缩醛纤维(维纶)、聚丙烯纤维(丙纶)、醋酸纤维等常见化学纤维，或棉、蚕丝等天然纤维中的一种或多种。而涤纶布(聚酯纤维)作为成熟的材料，在沉积过程中耐热性好，安全性高，可穿着性能优良。

作为优选，所述金属纳米颗粒层的中红外热辐射率为0～0.5；太阳光吸收率为0.4～1。

作为优选，所述金属纳米颗粒层所用金属材料为锌、钛、铜、铝、银或金。

作为优选，所述金属纳米颗粒层的厚度为50～1000nm。

作为进一步优选，所述金属纳米颗粒层的厚度为300～900nm。

作为优选，所述金属纳米颗粒层由多种不同尺寸的金属纳米颗粒组成，多种不同尺寸的金属纳米颗粒随机分布形成所述金属纳米颗粒层；

所述金属纳米颗粒的尺寸范围为10～800nm。

上述技术方案中，金属纳米颗粒支持局域表面等离激元谐振，不同尺寸金属纳米颗粒支持的谐振波长不同，通过采用不同尺寸的金属纳米颗粒实现宽光谱的吸收；对于中红外热辐射波段，密集的金属纳米颗粒可以近似为一层金属薄膜，能够起到高效反射热辐射的作用。

作为优选，所述多孔聚合物涂层的中红外热辐射率为0.5～1；太阳光反射率为0.4～1。

作为优选，所述多孔聚合物涂层为聚甲基丙烯酸甲酯、聚二甲基硅氧烷或聚偏氟乙烯。

作为优选，所述多孔聚合物涂层的厚度为5～500μm。

作为进一步优选，所述多孔聚合物涂层的厚度为10～100μm。

作为优选，所述多孔聚合物涂层具有多种不同尺寸的空气孔，多种不同尺寸的空气孔在所述多孔聚合物涂层内随机分布；

所述空气孔的尺寸范围为100～3000nm。

上述技术方案中，多孔聚合物中含有不同尺寸的空气孔，这些空气孔对特定波长的太阳光有高效的背向散射效果，通过采用不同尺寸的空气孔能够实现宽光谱的反射；对于中红外热辐射波段，多孔聚合物涂层与作为基底的纤维织物具有很高的热辐射率，能够实现高效的辐射散热。

本发明的热管理织物的保温的原理在于：在太阳光谱(包括可见光与近红外光)波段，利用金属纳米结构实现对太阳光的高效吸收；在中红外热辐射波段，基于金属纳米结构对热辐射的高反射将人体热辐射反射回人体，实现保温。

其散热的原理在于：在太阳光谱(包括可见光与近红外光)波段，利用多孔聚合物涂层实现对太阳光的高效反射；在中红外热辐射波段，基于聚合物涂层本身的高热辐射率特性，实现辐射散热。

作为优选，所述热管理织物通过翻转应用面实现不同的热功能。

如图1所示，影响室外个人热管理的因素主要包括三点：(1)室外人体辐射损耗更高，室外个人辐射热耗散速率是室内辐射热耗散速率的4倍，室外保温难度相比室内更高；(2)室外太阳是5500℃的黑体辐射源，织物对太阳光的吸收会显著提高散热难度；(3)室外温度变化范围更大，且无法借助空调等手段调控个人热管理。

调控织物的室外保温/散热性能需要协同调控太阳光谱波段特性与中红外热辐射波段特性，而基于单一织物实现这两种功能意味了织物的两面承担截然不同的两种功能。本专利中设计的双功能材料通过翻转实现两种不同的热功能，散热模式下白色散热面朝向外侧，保温模式下黑色保温面朝向外侧。

本发明的双功能热管理织物可以结合不同热导率材料(如气凝胶、石墨等)作为增强其保温或散热效率的应用。

本发明的双功能热管理织物不仅能够应用于个人穿着，还能够应用于建筑物及车辆节能领域。

一种上述任一项所述的保温与散热双功能热管理织物的制备方法，包括在纤维织物的两侧分别沉积金属纳米颗粒层和多孔聚合物涂层，即得所述双功能热管理织物。

上述技术方案中，纤维织物可以是一层，也可以是两层。

金属纳米颗粒以锌纳米颗粒为例，所述保温与散热双功能热管理织物的制备方法如下：

当纤维织物为一层时，如图2(a)所示，基于纤维织物为基底，通过磁控溅射或蒸镀或化学镀或电镀的手段在纤维织物的一侧沉积锌纳米颗粒，通过相分离方法喷涂或刮涂的方式在纤维织物的另一侧沉积多孔聚合物涂层，得所述双功能热管理织物。

当纤维织物为两层时，如图2(b)所示，将锌纳米颗粒和多孔聚合物涂层分别沉积于两片纤维织物的一侧，将该两片纤维织物的另一侧相对并通过缝合或热压的方式复合形成所述双功能热管理织物。

上述技术方案中，将多孔聚合物喷涂沉积于纤维织物表面形成多孔聚合物涂层时，需先将能够用相分离方法成膜的多孔聚合物材料制备成喷涂液，再进行喷涂。其中，喷涂液为多孔聚合物材料、丙酮、去离子水的混合溶液(三者的质量比为1：8：1)。

在喷涂过程中采用喷笔(气压范围为100～200kPa)将上述喷涂液均匀涂覆于棉布上，然后使其在常温通风橱中自然干燥。

本发明在传统布料一面引入金属纳米颗粒，利用局域表面等离激元谐振实现对热辐射的抑制与太阳光的高效吸收，即保温性能。本发明在传统布料另一面涂覆多孔聚合物膜，利用其内部空气孔实现对太阳光的高效散射，利用其自身在中红外的高辐射特性进行辐射散热。该保温功能和散热功能也可以单独使用。保温/散热双功能个人热管理织物还可结合转轴等机械结构应用在建筑物与车辆节能等领域。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

(1)针对个人热管理，通过优化微纳光学材料和结构协同调控其在太阳光波段和红外辐射波段的光学特性，实现具备保温和散热功能、机械性能(抗撕拉)与透气性能强、重金属含量低的个人热管理织物。

(2)将辐射热管理与太阳能集热、辐射散射结合，实现无源被动式的环保热管理。

(3)散热模式与保温模式皆可以单独使用且性能强于相近厚度传统织物。