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  具有智能溫度控制功能的柔性自加熱織物是智能柔性設備、智能溫控服裝、變色服裝等關鍵部件。在低溫環(huán)境中，能量收集和利用對于柔性自加熱織物的持續(xù)、可控熱輸出顯得尤為重要。聚合物模板偶氮苯是一種理想的光熱燃料，其柔性鏈段模板不僅有利于提升偶氮苯分子異構化轉變速率，而且可增強與織物基底的分子界面相互作用，適應多種形態(tài)變化（拉伸、彎曲等），為實現在低溫下人體熱管理提供重要途徑。目前，聚合物模板偶氮苯由于儲熱能量密度低，且低溫熱釋放困難，限制了其在人體熱管理系統(tǒng)的應用。

  近日，天津大學封偉教授團隊制備了一系列動態(tài)鍵調控的聚合物模板偶氮苯光熱燃料，動態(tài)鍵的引入提高了聚合物模板偶氮苯的儲熱能量密度，實現了同步存儲異構化能和動態(tài)鍵能。進一步基于偶氮基柔性織物構建了人體熱管理系統(tǒng)。該項工作在分子設計和理論計算的基礎上，合成了具有動態(tài)鍵的聚丙烯酰胺基偶氮苯（PAzo-M），動態(tài)鍵部分由磺酸基團和不同金屬離子相互作用形成（圖1）。在光照下，動態(tài)鍵伴隨著偶氮苯結構的異構化和回復發(fā)生可逆的斷裂和形成。動態(tài)鍵的結合能決定了異構化能和鍵能的能量存儲，如何選擇合適的金屬離子實現光熱能最大化成為關鍵。本工作基于理論計算和實驗結果，提出選擇合適金屬離子的原則。結合能小，導致順反異構體能級差小，儲熱密度低；結合能大，順反異構體能級差大，但是異構化程度低，儲熱密度同樣低（圖3），因此選擇合適結合能可獲得較大的能級差和異構化程度，進而大大提高其儲熱能量密度（圖4）。研究結果表明：鎂金屬聚丙烯酰胺基偶氮苯（PAzo-Mg）具有最優(yōu)異的光儲熱性能（113.5 Wh kg^-1，圖2）。

  在此基礎上，結合尼龍織物構建了偶氮基柔性織物（NF@PAzo-Mg）人體熱管理系統(tǒng)（圖5）。其可在戶外低溫環(huán)境下（-5.0 ~ 5.0 °C），放熱溫度高達7.7 ~ 12.5 ℃，可用于人體供暖（圖6）。該研究提出的光控動態(tài)鍵助力偶氮基柔性織物為實現低溫下可穿戴熱管理設備提供了一條新途徑。

  相關研究成果近期以“Metallic-Ion Controlled Dynamic Bonds to Co-Harvest Isomerization Energy and Bond Enthalpy for High-Energy Output of Flexible Self-Heated Textile”為題發(fā)表在期刊Advanced Science （DOI: 10.1002/advs.202201657）上，文章第一作者為博士生王慧，通訊作者為封偉教授和馮奕鈺教授。該項研究受到國家自然科學基金重點項目的支持。

  天津大學封偉教授團隊長期致力于光熱能材料的研究，近年來該團隊在國家自然科學基金杰出青年基金項目、重點項目以及科技部重點研發(fā)等項目的支持下在偶氮苯-碳模板化材料（Nanoscale, 2012, 4, 6118；J. Mater. Chem. A, 2015, 3, 16453； J. Mater. Chem. A, 2016, 4, 8020-8028；ACS Appl. Mater. Inter., 2017, 9, 4066；Chemsuschem, 2017, 10, 1395；Chemical Society Reviews. 2018, 47, 7339；J. Mater. Chem. A, 2019, 7, 97；Energy Storage Materials, 2020, 24, 662；Nano Energy, 2021, 89, 106401）、偶氮苯有機分子和聚合物（J. Mater. Chem. A, 2020, 8, 18668；Macromolecules, 2019, 52, 4222；Composites Science and Technology, 2019, 169: 158；Chinese Journal of Polymer Science, 2019, 37(12): 1183；高分子學報, 2019, 50(12), 1272-1279）、偶氮苯-相變材料（Adv. Funct. Mater., 2020, 2008496；Composites Communications, 2020, 21, 100402；Composites Communications, 2021, 23, 100575；高分子學報, 2021, 52(1), 78-83）等材料的研究和設計上取得了一系列的原創(chuàng)性成果。

  全文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/advs.202201657