双调制天然皮肤衍生复合材料：用于按需个人体温调节及自供电运动监测

双调谐天然皮肤衍生复合材料实现太阳能调制与热管理

　　

摘要

在智能健康技术的框架下，结合辐射冷却和加热功能的个人热管理可穿戴设备对于应对动态温度变化至关重要。然而，将运动监测和活动分析功能集成到这些系统中以实现长时间户外使用仍然具有挑战性。本文介绍了一种双调制天然皮肤衍生复合材料（DM-Skin），该材料通过原位电纺聚氨酯/SiO₂纤维膜（RCFM）并在天然皮肤衍生材料（N-Skin）的两侧蒸镀聚吡咯（PPy）制成，实现了可切换的太阳能调节功能，从而同时具备辐射冷却和加热效果。在980 W·m^?2的太阳辐照度下，DM-Skin表现出卓越的热调节性能：冷却效果为19.3°C，加热效果为14.3°C。这一性能得益于冷却面具有较高的太阳反射率（94%）和中红外发射率（96%），而加热面则具有较高的太阳吸收率（93%）。其净冷却功率和加热功率分别达到了99.2 W/m²和770.8 W/m²。借助增强的摩擦电电荷调节技术，DM-Skin摩擦电纳米发电机实现了高输出性能，开路电压为168.5 V，短路电流为4.2 μA，转移电荷量为59.2 nC，从而能够为小型电子设备提供自供电，并实现人体运动监测。这种性能的提升得益于RCFM对电荷生成的增强作用，以及在N-Skin中局部掺入PPy所改善的电荷捕获和储存能力。DM-Skin还保持了优异的透气性、柔软度以及与传统皮革相当的机械性能。本研究为开发下一代可穿戴设备做出了贡献，这些设备能够提供令人满意的热舒适度和人体健康监测功能。

图形摘要