【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于纳米材料，具体涉及一种具有双模式热管理与健康检测功能的纳米纤维基材料及其制备方法与应用。
技术介绍
1、公开该
技术介绍
部分的信息仅仅旨在增加对本专利技术的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
2、人们长时间暴露在炎热或寒冷的环境中，会感到不适、热应激和冷应激，导致皮肤和体温升高或降低。根据“热舒适度”标准可以知道，如果人体核心体温过高(＞38.3℃)或过低(35.0℃)，可能危及人类的生命。因此，极端天气大大增加了人们受伤、生病和猝死的概率。然而，很大一部分人(如街道清洁工、户外电工等)不可避免地在寒冷的冬季和炎热的夏季等恶劣环境中工作，因此他们必须在每年的不同季节过渡到不同的温度。目前空间制冷或供暖方法主要依赖于空调系统或建筑供暖，这对于开放的室外环境来说不经济，并造成资源浪费。因此，迫切需要制造出能够通过无能源或节能策略控制人体温度的智能穿戴产品。
3、可穿戴材料作为人体与外部环境之间的直接屏障，可以通过调节靠近人体的微空间和材料辐射来实现热舒适，这有助于提供更精确、更便携的热管理，能耗低。目前已经多种个人热管理材料已经用于提高人体的热舒适性，例如，橡胶弹性体、二氧化硅、聚二甲基硅氧烷、聚乙烯等。单大多数个人热管理材料为实心结构，这降低了冷却(例如，阻碍散热)或加热效果，且在长期佩戴后会引起人体皮肤不适或严重炎症。许多被动辐射冷却材料只能在天气温暖时提供冷却，无法与冷热季节的温度波动相匹配。因此，制造一个能够在冷却和加热
4、此外，许多研究人员发现，呼吸信号的频率和强度受到温度的影响，可以反映人体的健康状况。提供适合人类生命和健康的温度，并监测人体呼吸信号的柔性可穿戴设备对减少恶劣环境(如高温和低温)对人类的伤害、降低死亡率和保护地球资源具有重要意义。
技术实现思路
1、为了解决现有技术的不足，本专利技术的目的是提供一种具有双模式热管理与健康检测功能的纳米纤维基材料及其制备方法与应用，本专利技术提供的具有双模式热管理与健康监测功能的纳米纤维基材料可用于制备衣服，其不仅具有热管理功能，还具有健康监测的功能，从两个方面有效避免恶劣天气对人身的伤害。
2、为了实现上述目的，本专利技术的技术方案为：
3、本专利技术的第一个方面，提供一种具有双模式热管理与健康检测功能的纳米纤维基材料，包括辐射制冷层、应变传感层和辐射制热层，其中：
4、所述辐射制冷层为热塑性聚氨酯纳米纤维膜；
5、所述辐射制热层为碳纳米管/热塑性聚氨酯纳米纤维膜；
6、所述应变传感层具有微褶皱和微裂纹结构，用于监测人体呼吸信号，其设置于所述辐射制冷层和所述辐射制热层之间。
7、在本专利技术的一些实施例中，所述纳米纤维基材料还包括温度传感器，所述温度传感器用于监测人体温度，其设置于所述辐射制冷层的上方。
8、优选的，所述温度传感器是通过墨水直写3d打印技术将浆料打印于所述辐射制冷层的设定位置的方式得到的。
9、在本专利技术的一些实施例中，所述双模式热管理包括被动制热和被动制冷两个模式，所述辐射制冷层用于被动制冷，所述辐射制热层用于被动制热；
10、所述健康监测包括呼吸监测和体温监测。
11、本专利技术提供了一种具有双模式热管理与健康检测功能的纳米纤维基材料，本专利技术的策略是将辐射制热纳米纤维、辐射制冷纳米纤维、纤维基应变传感器和温度传感器集成到一体中。其中，制冷面(即辐射制冷层)是纳米纤维基材料的一个表面，其由具有高中红外(ir)发射率和高反射率的静电纺丝纳米热塑性聚氨酯(tpu)的纳米纤维组成。制热面(即辐射制热层)是纳米纤维基材料的另一个表面，其由具有高可见光吸收率的静电纺丝碳纳米管(cnt)/tpu纳米纤维组成。具有褶皱结构与裂纹结构的高灵敏应变传感层被夹于辐射制冷的tpu纳米纤维层与辐射制热的cnt/tpu纳米纤维层中间，可以以无约束的方式监测人体呼吸信号。温度传感层是通过墨水直写3d打印技术将浆料直接打印于tpu纳米纤维层上。此外，得益于tpu纳米纤维网络结构(具有众多内部开放式微孔和微通道)，使得该纳米纤维基材料具有优异的防水性和透气性(41.2mm s-1)，可以长时间以舒适的方式穿戴。本专利技术为实现用于人体热管理和生理信号(如呼吸和温度信号)监测的多功能可穿戴电子设备提供了一种独特的方法。
12、本专利技术提供的纳米纤维基材料具有透气、防水、被动辐射制冷、被动辐射制热、应变呼吸监测以及人体温度监测等功能，可以根据环境温度选择衣服的穿戴方式，从而有效避免恶劣环境对人体的伤害。高温环境下，可采用辐射制冷层在外面的穿戴方式，被动辐射制冷，有效降低人体温度，防止中暑。低温环境下，可采用辐射制热层在外面的穿戴方式，被动辐射制热，有效保证人体温度，降低极端温度下的伤害和死亡率。
13、本专利技术的第二个方面，提供一种具有双模式热管理与健康检测功能的纳米纤维基材料的制备方法，包括以下步骤：
14、辐射制冷层的制备：将热塑性聚氨酯溶于有机溶剂中，得到静电纺丝溶液，将纺丝溶液进行静电纺丝、干燥，获得热塑性聚氨酯纤维膜；
15、辐射制热层的制备：在所述热塑性聚氨酯纤维膜表面喷涂碳纳米管溶液，喷涂完毕后干燥，获得碳纳米管/热塑性聚氨酯纳米纤维膜；
16、应变传感层的制备：将聚(3,4-亚乙基二氧噻吩)-聚(苯乙烯磺酸)、碳纳米管和银纳米线混匀，得到混合溶液；将所述混合溶液喷涂于预拉伸的热塑性聚氨酯纤维膜两侧，喷涂完毕后干燥，干燥完毕后放开预拉伸夹具，获得应变传感层；
17、复合：将辐射制冷层、热熔胶膜、应变传感层、热熔胶膜、辐射制热层按照从上到下的顺序排列，加热使各层粘合成一个整体，获得具有双模式热管理与健康检测功能的纳米纤维基材料。
18、预拉伸与喷涂工艺使得应变传感层具有很多的微褶皱与微裂纹结构，在相同的拉伸状况下，其可以出现更大的电阻变化，从而有效增加了应变传感层的灵敏度。
19、在本专利技术的一些实施例中，所述有机溶剂选自二甲基亚砜、d,d-二甲基甲酰胺和四氢呋喃中的至少一种。
20、优选的，所述有机溶剂为二甲基亚砜、d,d-二甲基甲酰胺和四氢呋喃按质量比1:4-5:4-5混合后得到的混合溶液。
21、在本专利技术的一些实施例中，所述热塑性聚氨酯的用量为所述有机溶剂的15-17wt％。
22、在本专利技术的一些实施例中，所述碳纳米管溶液的浓度为5-8mg/ml。
23、在本专利技术的一些实施例中，所述碳纳米管溶液的溶剂为去离子水。
24、在本专利技术的一些实施例中，聚(3,4-亚乙基二氧噻吩)-聚(苯乙烯磺酸)、碳纳米管和银纳米线的质量比为1-2:1-2:1-2。
25、在本专利技术的一些实施例中，所述预拉伸的热塑性聚氨酯纤维膜为使用夹具将所述热塑性聚氨酯纤维膜本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种具有双模式热管理与健康检测功能的纳米纤维基材料，包括辐射制冷层、应变传感层和辐射制热层，其中：
2.如权利要求1所述的纳米纤维基材料，其特征在于，所述纳米纤维基材料还包括温度传感器，所述温度传感器用于监测人体温度，其设置于所述辐射制冷层的上方；
3.如权利要求1或2所述的纳米纤维基材料，其特征在于，所述双模式热管理包括被动制热和被动制冷两个模式，所述辐射制冷层用于被动制冷，所述辐射制热层用于被动制热；
4.一种具有双模式热管理与健康检测功能的纳米纤维基材料的制备方法，包括以下步骤：
5.如权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述有机溶剂选自二甲基亚砜、D,D-二甲基甲酰胺和四氢呋喃中的至少一种；
6.如权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述碳纳米管溶液的浓度为5-8mg/mL；
7.如权利要求4所述的制备方法，其特征在于，聚(3,4-亚乙基二氧噻吩)-聚(苯乙烯磺酸)、碳纳米管和银纳米线的质量比为1-2:1-2:1-2；
8.如权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述制备方法还包括
9.如权利要求4所述的制备方法，其特征在于，二维石墨烯片、聚(3,4-亚乙基二氧噻吩)-聚(苯乙烯磺酸)、聚乙烯醇和去离子水的质量比为1-5:5:1:4。
10.权利要求1-3任一所述的纳米纤维基材料或通过权利要求4-9任一所述的制备方法制得的纳米纤维基材料在可穿戴领域中的应用；
...【技术特征摘要】
1.一种具有双模式热管理与健康检测功能的纳米纤维基材料，包括辐射制冷层、应变传感层和辐射制热层，其中：
2.如权利要求1所述的纳米纤维基材料，其特征在于，所述纳米纤维基材料还包括温度传感器，所述温度传感器用于监测人体温度，其设置于所述辐射制冷层的上方；
3.如权利要求1或2所述的纳米纤维基材料，其特征在于，所述双模式热管理包括被动制热和被动制冷两个模式，所述辐射制冷层用于被动制冷，所述辐射制热层用于被动制热；
4.一种具有双模式热管理与健康检测功能的纳米纤维基材料的制备方法，包括以下步骤：
5.如权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述有机溶剂选自二甲基亚砜、d,d-二甲基甲酰胺和四氢呋喃中的至少一种；
...【专利技术属性】
技术研发人员：王鹏，李阳，孙桂芬，岳文静，朱宇坤，孟垂舟，禹伟，张龙肖，
申请(专利权)人：济南大学，
类型：发明
国别省市：
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