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東華大學(xué)新成果：基于仿生多孔Murray膜的吸濕快干功能性面料

更新時間：2020-10-02 17:52:51 瀏覽量：49

           近年來，高端運動服、野戰(zhàn)軍服、紙尿褲、創(chuàng)傷敷料等服裝、醫(yī)衛(wèi)材料的快速發(fā)展使得對具有單向?qū)窆δ艿奈鼭窨旄杉徔棽牧系男枨笕找嬖黾?。單向?qū)衩媪峡梢酝ㄟ^將汗液和水汽從身體輸送到外部環(huán)境中，從而在炎熱和潮濕的環(huán)境中達到快速干燥效果，為人體提供舒適的微環(huán)境。然而現(xiàn)有單向?qū)窨椢锏闹苽涔に嚤容^復(fù)雜，同時由于傳統(tǒng)纖維的比表面積較小，導(dǎo)出的水分不能快速蒸發(fā)而導(dǎo)致穿著舒適性變差。
           自然界中，導(dǎo)管植物中的蒸騰作用具有自驅(qū)動逆重力定向水分輸運和超快蒸發(fā)兩個特性。這是由于它們具有符合Murray定律的樹狀分形分叉網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，通過最小化多級孔道中的運輸阻力來優(yōu)化水分在多級連通孔道中的輸運能力。此外，生物組織中也大量存在著典型的樹狀分叉結(jié)構(gòu)，例如動物的血液循環(huán)系統(tǒng)、呼吸系統(tǒng)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等，隨著多學(xué)科的交叉，這種樹狀分叉網(wǎng)絡(luò)在諸如微流體流動控制、城市水電氣供給等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，但由于現(xiàn)有功能性微納米纖維加工技術(shù)和材料的局限性，仿生樹狀分叉網(wǎng)絡(luò)在吸濕快干面料領(lǐng)域的應(yīng)用仍未得到探索。
           近日，東華大學(xué)丁彬教授、王先鋒研究員課題組通過靜電紡絲技術(shù)構(gòu)筑樹狀分叉網(wǎng)絡(luò)及表面能梯度制備了仿生多孔Murray單向?qū)窭w維膜。其中，仿生樹狀多級分叉網(wǎng)絡(luò)集成了大孔-微米孔-亞微米孔的多級連通孔道，具有類似于植物蒸騰效應(yīng)的多級分叉結(jié)構(gòu)，遵循Murray定律最大化物質(zhì)輸運原則。所得仿生多孔Murray膜兼具自驅(qū)動可逆重力定向?qū)?、快速吸放濕（水分蒸發(fā)速率高達0.67g/h，是商業(yè)化Coolmax面料的2.1倍）以及優(yōu)異的內(nèi)層速干性能。
            該工作中提出的通過構(gòu)筑仿生多級孔道以及表面能梯度結(jié)構(gòu)為吸濕快干微納米纖維膜材料的設(shè)計和性能提升提供了一種新思路，有望取代現(xiàn)有商業(yè)化吸濕快干面料，實現(xiàn)其在高檔功能服裝及醫(yī)衛(wèi)材料等領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用。未來工作中將進一步優(yōu)化微納米纖維膜材料的多級潤濕結(jié)構(gòu)，揭示水分在纖維膜孔道中的定向輸運機制，獲得高性能的吸濕快干材料。研究成果以“Biomimetic Fibrous Murray Membranes with Ultrafast Water Transport and Evaporation for Smart Moisture-Wicking Fabrics”為題發(fā)表在《ACS Nano》上。
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