作者:彭思聪 王春 来源:科技日报 发布时间:2023/8/29 11:22:02
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疏水性纳米纤维膜+亲水性纳米纤维膜
让织物实现外防水内排湿

 

设想一下,当你穿着冲锋衣在山上攀登,享受运动的同时还能够保持肌肤的干爽,那么快乐的感觉会不会加倍?答案是肯定的。

现在,这种加倍的快乐或许即将成为现实。东华大学俞建勇院士团队丁彬研究员、张世超研究员等人基于调控带电液体的喷射和相分离,开发了一种由疏水性纳米纤维膜和亲水性纳米纤维膜组成的纳米织物,为下一代防水透湿膜的开发提供了新思路。该研究成果日前发表在国际期刊《先进材料》上。

丁彬表示,纳米织物是由纳米级纤维组成的织物,具有一些独特的纳米性能。在这项研究中,研究团队开发出了直径约20纳米的纤维,并将该纳米纤维制成了纳米织物。

目前市场上高端的防水透湿膜面料主要是PTFE防水透湿膜,已经广泛应用在冲锋衣、登山靴、防护服上。“然而这种面料两侧均是疏水的,人体产生的汗液易在面料内部凝结,产生闷热感,穿起来也不是很舒适。”丁彬介绍,因此,团队的设计思路就是将疏水微孔纤维膜和吸湿快干纤维膜复合,同时实现防水和排汗这两个看似相悖的功能。

此次研发的纳米织物有两大特点。首先,该纳米织物由直径约20纳米的纤维组成,与普通静电纺纳米纤维膜的孔径(>1.5微米)相比,该纳米织物的孔径很小,仅为0.62微米,孔隙率高达78%,可以获得防水性、透气性以及热湿舒适性等良好的应用性能。

其次是该纳米织物采用类似于荷叶的疏水加亲水双层结构设计。织物表层是防水的面料,可以有效阻挡外部的液态水;内层是亲水快干的面料,可以吸收人体的汗液并迅速将其排放到环境中,从而保持人体皮肤干燥。

液体在固体材料表面上的接触角,是衡量液体对材料表面润湿性能的重要参数。接触角越大,疏水性越强;接触角越小,亲水性越强。当水滴落在该纳米织物表层面料上时,水接触角为136.7°,展现出强大的疏水性;而当水滴落在内层面料上时,水接触角在0.6秒内从18°迅速变为0°,显示出超亲水性。此外,该纳米织物的表层疏水微孔纤维膜具有铁电性,在接触摩擦过程中产生的电压可减小水分子簇的尺寸,进而促进液态水的蒸发。结果表明,该纳米织物的水分蒸发率几乎是传统棉织物的2.5倍。

此外,团队还对该纳米织物进行了热成像测试,结果显示该纳米织物比商用PTFE防水透湿膜具有更快的散热速度,展现出更好的热湿舒适性。

近年来,研究团队致力于微纳米纤维纺织材料研究,在微纳米纤维材料成型理论、结构设计及技术应用方面取得了一系列进展。此次开发的纳米织物是该团队的最新研究成果,在许多领域具有一定的实用价值。

“我们开发的这种纳米织物不仅可用于制作冲锋衣、防护服、登山靴,还能用于医用敷料、电子电器、建筑材料等多个领域。”丁彬告诉记者,近期所开发的纳米织物的产业化制造研究正在进行中。

研究团队还将导电金属溅射到纳米织物上,以构建电子皮肤。这使得面料可以在较大的压力范围内监测日常生活中的人体关节运动,还可用于生物力学能量的高效收集,并可作为可靠电源驱动低能耗电子设备。

 
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