隨著現代紅外探測系統的發展，軍事目標暴露的可能性越來越大，這對軍事目標的隱身構成了巨大的威脅。因此，研究具有紅外隱身功能的織物迫在眉睫。在防護材料領域，紅外隱身材料可以降低其紅外發射率，使其紅外輻射與背景相似，有效降低軍事目標暴露的可能性。但在軍事實際應用中，必須考慮一些特殊的應用場景。例如，在戰場上，當士兵受傷時，穿著的防護服應該是抗菌的，以防止傷口感染。在叢林、沼澤等野外環境中，需要防水，以抵抗潮濕環境的入侵。迄今為止，大多數報道的紅外隱身面料只有一種紅外隱身功能，不能滿足軍用服裝的性能要求。因此，多功能防護服的開發具有廣闊的應用前景，但具有極大的挑戰性。
近日，吉林大學化學學院王策教授課題組在《ACS Applied Nano Materials》期刊上發表了題為“Multi–Functional PAN/Al-ZnO/Ag Nanofibers for Infrared Stealth, Self–Cleaning and Antibacterial Applications”的論文。本論文采用靜電紡絲法、溶劑熱法和化學鍍法制備了具有紅外保護、抗菌和自清潔三種功能的PAN/Al-ZnO/Ag納米纖維復合材料(PAN/ZAO/Ag)。ZAO納米片與Ag納米顆粒直接接觸形成肖特基結，增加載流子濃度，使材料具有等離子體共振吸收近紅外光的特性。在8-14 μm的熱紅外成像波段，材料的紅外發射率低至0.39，有效遮擋了目標的熱輻射。ZAO和Ag納米粒子具有協同抗菌作用，使材料對大腸桿菌的抗菌效率達到100%，大腸桿菌的生長活性完全喪失。復合ZAO納米片與Ag納米顆粒形成的多級結構具有較大的表面粗糙度，因此復合膜也具有疏水性能，最大水接觸角為131.5°，可以使表面水滴自由滑動，達到自清潔效果。本實驗的發現為處理不同的應用環境下的多功能紅外防護材料提供了新思路。
圖1.在(a)3-5μm、(b)8-14μm和(c)17-22μm三個大氣窗口下，所有納米纖維膜的紅外發射率。(d-j)無纖維空白對照組、P、PZ(EtOH)、PZ(H2O)、PA、PZA(EtOH)、PZA(H2O)的紅外熱像圖。
圖2. (a) 進行抗菌試驗的空白對照組。(b-e) 被測納米纖維膜與大腸桿菌孵育24小時后稀釋105倍的細菌生長結果：P、PA、PZ (EtOH)、PZ (H2O)。(f-g) 被測細胞膜與大腸桿菌孵育24小時后未經稀釋的細菌生長結果：PZA(EtOH)，PZA (H2O)。
圖3. (a) P、PZ (EtOH)、PZ (H2O)、PA、PZA(EtOH)、PZA (H2O)的水接觸角測試結果。(b) 水滴在PZA (H2O)納米纖維膜上自由滑動圖片。
論文第一作者為吉林大學化學學院碩士研究生王浩和馬棫瀅，通訊作者為吉林大學化學學院王策教授和吉林大學新能源與環境科學學院李永新副教授。吉林大學化學學院為論文第一完成單位，該研究得到國家自然科學基金和吉林省發展和改革委員會的資助支持。
作者簡介
王策，吉林大學化學學院教授，博士生導師。1978年吉林大學化學系高分子專業學士；1982年任吉林省紡織工業設計研究院助理工程師，1986年任德國四大化學公司公派訪問學者，1988年任吉林省紡織工業設計研究院工程師，1991年在奧地利維也納技術大學攻讀碩士/博士學位，1995年美國爵碩大學(Drexel Univ.)博士后，1997年任吉林大學化學學院副教授，1999至今任教授，2001至今任博士生導師，2013年任吉林省納米纖維工程實驗室負責人。在2004年獲全國第二屆新世紀巾幗發明家稱號和美國杜邦優秀青年教授獎，2015年獲吉林省自然科學獎一等獎，2016年獲中國絲鷺終身成就獎；被聘為東南大學等多所大學的客座教授，中國復合材料學會理事和超細纖維復合材料分會主任，中國化學會納米化學分會委員會委員和女性化學工作者委員會委員，中國科協軍民融合聯合體指南材料組專家。
李永新，吉林大學新能源與環境學院環境科學系副教授，人才引進學術骨干，唐敖慶青年學者。2012年7月在吉林大學化學學院獲得博士學位；2010年10月至2011年10月在美國密西根大學材料科學與工程學院進行交流訪問；2012年7月加入中科院長春應化所-電分析化學國家重點實驗室工作，2015年12月被聘為副研究員。2019年7月加入吉林大學新能源與環境學院（人才引進學術骨干，唐敖慶青年學者），環境科學系。主要研究方向包括新型環境材料制備；污染物分析與治理新技術等。在Adv Mater, Biosens Bioelectron,等雜志共發表學術論文50余篇，總計被引用1000余次。主持國家自然科學基金面上項目、吉林省科技廳、吉林省發改委等科研項目。獲得2018年吉林省自然科學獎二等獎。
原文鏈接 https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsanm.1c03518
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