โดยปกติ ร่างกายจะสูญเสียความร้อนประมาณ 50 เปอร์เซ็นต์โดยการแผ่รังสีอินฟราเรดช่วงกลาง เพื่อลดการสูญเสียรังสีอินฟราเรด กลยุทธ์ที่มีประสิทธิภาพคือการควบคุมค่าการแผ่รังสีอินฟราเรดช่วงกลางของสิ่งทอและเสื้อผ้า เพื่อให้เกิดการทำความร้อนด้วยการแผ่รังสีแบบพาสซีฟ (PRH) แก่ร่างกายมนุษย์ เมื่อเปรียบเทียบกับกลยุทธ์การทำความร้อนแบบดั้งเดิม PRH มีข้อดีคือไม่สิ้นเปลืองพลังงาน แม่นยำและมีประสิทธิภาพมากกว่า อย่างไรก็ตาม ความสามารถในการเป็นฉนวนกันความร้อนสูงสุดของ PRH มีข้อจำกัดในสภาพแวดล้อมกลางแจ้ง โดยเฉพาะอย่างยิ่งในกรณีของกลางวันและกลางคืน และการเปลี่ยนแปลงสภาพอากาศอย่างมาก การให้ความร้อนแก่ร่างกายมนุษย์อย่างแม่นยำทำได้ยาก ดังนั้น การพัฒนาวัสดุและระบบที่สามารถให้ความร้อนแก่ร่างกายมนุษย์ได้อย่างแม่นยำและประหยัดพลังงานตลอดทั้งวัน จึงเป็นสิ่งสำคัญในการบรรเทาวิกฤตพลังงานและภาวะโลกร้อน

เพื่อแก้ปัญหาเหล่านี้ ทีมวิจัยจากมหาวิทยาลัยเจิ้งโจวได้รายงานกลยุทธ์การให้ความร้อนเฉพาะบุคคลแบบประหยัดพลังงานและใช้งานได้ทุกสภาพอากาศ โดยได้บูรณาการโหมดการให้ความร้อนสามโหมด ได้แก่ การให้ความร้อนเฉพาะบุคคลโดยไม่ใช้พลังงาน การให้ความร้อนด้วยพลังงานแสงอาทิตย์เพื่อประหยัดพลังงาน และการให้ความร้อนแบบจูลเพื่อชดเชย ซึ่งได้รวมเข้ากับระบบสิ่งทอ Mxene/nanoPE แบบสวมใส่ได้ (12 μm) โดยการเคลือบ Mxene Ti3C2Tx บางๆ (1 μm) บนสิ่งทอโพลีเอทิลีนนาโนรูพรุนราคาประหยัด (nanoPE)

ในขั้นตอนการเตรียมการ นักวิจัยได้ทำการพอลิเมอไรซ์ชั้นของพอลิโดพามีน (PDA) บนพื้นผิวของผ้านาโน PE ในแหล่งกำเนิด เพื่อสร้างพื้นผิวที่ชอบน้ำ จากนั้นจึงนำผ้านาโน PE ที่ดัดแปลงด้วย PDA มาเคลือบด้วยสารละลาย MXene เพื่อผลิตสิ่งทอ MXene/นาโน PE วิธีนี้เรียบง่าย เป็นไปได้ และเหมาะสมสำหรับการผลิตสิ่งทอ MXene/นาโน PE ในปริมาณมาก

แผนภาพแสดงการถ่ายเทความร้อนของผิวหนังมนุษย์ที่หุ้มด้วยสิ่งทอแบบดั้งเดิมและสิ่งทอ MXene/nanoPE รวมถึงกระบวนการเตรียมและการวิเคราะห์คุณสมบัติของสิ่งทอ MXene/nanoPE

ผ้า MXene/nanoPE ไม่เพียงแต่มีคุณสมบัติการให้ความร้อนด้วยแสงอาทิตย์ (PRH) ภายในอาคารที่ดีเยี่ยมเท่านั้น แต่ยังแสดงให้เห็นถึงความสามารถในการให้ความร้อนด้วยพลังงานแสงอาทิตย์ (73.5℃) และการให้ความร้อนด้วยกระแสไฟฟ้า (55℃, 5V) ที่ยอดเยี่ยมอีกด้วย เนื่องจาก MXene มีการปล่อยรังสีอินฟราเรดช่วงกลางต่ำ ประสิทธิภาพการแปลงพลังงานความร้อนจากแสงสูง และการนำไฟฟ้าที่ดี ยิ่งไปกว่านั้น โหมดการให้ความร้อนทั้งสามแบบสามารถสลับหรือผสมผสานกันได้อย่างง่ายดาย ทำให้ผ้า MXene/nanoPE สามารถให้ความร้อนแก่ร่างกายมนุษย์ได้อย่างแม่นยำตลอดทั้งวันในหลากหลายสถานการณ์

นอกจากนี้ สิ่งทอ MXene/nanoPE ที่ได้มายังแสดงคุณสมบัติการสวมใส่และความทนทานต่อการสึกหรอที่ยอดเยี่ยม รวมถึงความแข็งแรงเชิงกล การระบายอากาศ ความต้านทานลม การหน่วงไฟ การป้องกันการรบกวนทางแม่เหล็กไฟฟ้า คุณสมบัติต้านเชื้อแบคทีเรีย คุณสมบัติการแห้งเร็ว ฯลฯ ทำให้เป็นวัสดุและระบบที่เหมาะสมอย่างยิ่งสำหรับการจัดการความร้อนที่แม่นยำของร่างกายมนุษย์ในอนาคต

ประสิทธิภาพการสวมใส่ของสิ่งทอ MXene/nanPE

งานวิจัยเรื่อง "โพลีเอทิลีนนาโนพรุนที่ตกแต่งด้วย Ti3C2Tx Mxene สำหรับการให้ความร้อนส่วนบุคคลอย่างแม่นยำทั้งแบบพาสซีฟและแอคทีฟ" ได้รับการตีพิมพ์ในวารสาร ACS Nano