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ACS Nano:基于仿生多孔Murray膜的吸湿快干功能纺织品

已有 449 次阅读 2019-4-3 16:45 |系统分类:科普集锦| 过滤吸附, 静电纺丝

近年来,高端运动服、野战军服、纸尿裤、创伤敷料等服装医卫材料的快速发展使得对具有单向导湿功能的吸湿快干纺织材料的需求日益增加。单向导湿面料可以通过将汗液和水汽从身体输送到外部环境中,从而在炎热和潮湿的环境中达到快速干燥效果,为人体提供舒适的微环境。然而现有单向导湿织物的制备工艺比较复杂,同时由于传统纤维的比表面积较小,导出的水分不能快速蒸发而导致穿着舒适性变差。自然界中,导管植物中的蒸腾作用具有自驱动逆重力定向水分输运和超快蒸发两个特性。这是由于它们具有符合Murray定律的树状分形分叉网络结构,通过最小化多级孔道中的运输阻力来优化水分在多级连通孔道中的输运能力,这种树状分叉网络在诸如微流体流动控制、城市水电气供给等领域得到广泛应用,但由于现有功能性微纳米纤维加工技术和材料的局限性,仿生树状分叉网络在吸湿快干功能纺织品领域的应用仍未得到探索。

  近日,东华大学丁彬教授、王先锋研究员课题组通过静电纺丝技术构筑树状分叉网络及表面能梯度制备了仿生多孔Murray单向导湿纤维膜。其中,仿生树状多级分叉网络集成了大孔-微米孔-亚微米孔的多级连通孔道,具有类似于植物蒸腾效应的多级分叉结构,遵循Murray定律最大化物质输运原则。所得仿生多孔Murray膜兼具自驱动可逆重力定向导水、快速吸放湿(水分蒸发速率高达0.67g/h,是商业化Coolmax面料的2.1倍)以及优异的内层速干性能。

  该工作中提出的构筑仿生多级孔道以及表面能梯度结构的策略为吸湿快干微纳米纤维膜材料的设计和性能提升提供了一种新思路,有望取代现有商业化吸湿快干面料,实现其在高档功能服装及医卫材料等领域的广泛应用。未来工作中将进一步优化微纳米纤维膜材料的多级润湿结构,揭示水分在纤维膜孔道中的定向输运机制,拓展该材料在野战军服、创伤敷料、手术衣、纸尿裤等功能纺织品领域的应用。研究成果以《基于仿生多孔Murray纤维膜的吸湿快干功能性面料》(Biomimetic Fibrous Murray Membranes with Ultrafast Water Transport and Evaporation for Smart Moisture-Wicking Fabrics, DOI: 10.1021/acsnano.8b08242)为题,发表于《ACS Nano》上。东华大学纺织学院王先锋研究员为论文第一作者,东华大学纺织科技创新中心丁彬教授为通讯作者。该研究工作得到了国家自然科学基金、上海市“东方学者”岗位计划、上海市青年科技启明星等项目的支持。


图1仿生多孔Murray膜的制备过程及其吸湿快干性能


图2仿生多孔Murray膜的自驱动逆重力导水过程

原文链接:https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.8b08242

作者简介:

  丁彬,东华大学教授,博士生导师,教育部长江学者特聘教授,主要从事微纳米纤维材料的成型理论和结构设计及其在功能服装、国防军工、环境保护、柔性能源、生物医用、食品安全、土工建筑等领域的应用研究。获中国纺织工业联合会科学技术进步一等奖1项、中国纺织工业联合会科技进步二等奖1项、上海市技术发明奖一等奖1项、天津市科学技术进步二等奖1项;主编中文书籍1部、中文专著书籍1部、英文书籍2部,合著出版英文书籍12部,在国际核心期刊Science Adv., Nat. Commun., Adv. Mater., ACS Nano等发表SCI论文230余篇,总引9000余次,H指数61,获授权发明专利62项。获得的荣誉主要包括科技部中青年科技创新领军人才(2017)、教育部长江学者特聘教授(2016)、国家基金委优青(2014)、美国纤维学会杰出成就奖(2014)、教育部新世纪优秀人才(2011)、上海市曙光学者(2010)等。

  王先锋,东华大学教授、博士生导师,主要从事功能非织造微纳米纤维材料的制备、结构调控及应用研究。迄今已在Prog. Mater. Sci.、Mater. Today、ACS Nano、Small等学术刊物上发表SCI收录论文50余篇、主编英文书籍1部、参编书籍章节7部、申请国家发明专利20余项;承担国家重点研发计划项目课题、国家科技支撑计划课题、国家自然科学基金、上海高校特聘教授岗位计划、上海市青年科技启明星计划、上海市教委科研创新计划等项目;获第六届全国静电纺丝技术与纳米纤维学术会议杰出青年奖、上海市优秀博士论文、中国纺织工程学会陈维稷优秀论文等;现担任4个国际学术杂志编辑和20余个SCI期刊的特约审稿人。

链接地址:http://www.espun.cn/news/detail-766.html

文章来源:易丝帮



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