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仿生降溫纖維及其織物
    高溫高濕的環境中的劇烈運動或者陽光暴曬會使熱量在體表熱量持續累積引發人體大量出汗,嚴重時會使人體體溫調節失衡,并導致熱應激,因此基于纖維材料的個人熱濕調節技術應運而生。利用仿生原理模擬生物功能和結構的關系被認為是一種具有較好前景的設計溫控纖維和織物的方法,其可以較好地滿足個性化需求、對各種環境具有良好適應性以及實現人體微環境速干降溫。


受生物啟發的吸濕排汗降溫纖維及織物

  大自然中存在多種形式的導水導濕方式,如荷葉表面的微凸起和三維蠟狀小管結構使得水滴與荷葉的接觸面積很小,表現出超疏水現象。蝴蝶的翅膀上具有類似棘輪的鱗片,可以形成各向異性的超疏水表面,促使水滴從蝴蝶身體表面離開,液滴很容易沿著身體中心軸的徑向向外從翅膀表面滾落。


 



 

 

  研究者用雙股聚丙烯紗作面紗,聚丙烯紗包覆氨綸作地紗,開發出了類似蝴蝶鱗片結構的仿生織物,運動時穿著顯示出較好的熱濕舒適性能。受到水鳥喙吸水的啟發,有研究者制備了一種疏水/超親水的Janus聚酯/硝化纖維素織物,其內表面嵌入了具有親水性內表面的錐形微孔陣列,可實現定向液體運輸(具有1 246%的超高定向輸水能力)并保持人體溫度正常(比棉紡織品高 2 ~ 3 ℃)。

 

 

 

  受生物啟發的輻射致冷纖維

  自然生物往往有其獨特的降溫方式,蠶繭可以通過隨機堆疊的絲保護蠶蛹免受溫度的快速波動影響,這些堆疊絲通過反射陽光和熱輻射進行熱調節。受蠶繭降溫機制的啟發,研究者采用熔噴法制備了隨機堆疊的熔噴聚丙烯纖維膜(MB-PP),并在其上構建聚二甲基硅氧烷薄膜,提高MB-PP的熱發射率。獲得的表面改性MBPP(SMB-PP)太陽反射率可達約95%,熱輻射率可達0.82,白天和夜間分別比環境溫度降低 4 ℃和 5 ℃。



 

 

 

  受北極熊皮毛協同熱光學效應的啟發,研究人員采用冷凍干燥法制備了多孔的聚乙烯氣凝膠層壓至聚二甲基硅氧烷(PDMS)薄膜上,開發了一種柔韌、超疏水且可重復使用的仿北極熊皮毛的雙層致冷材料,由于聚乙烯氣凝膠的熱導率較低(0.032 W/(m·K)),PDMS膜側的熱量主要以傳導和輻射的方式透過聚乙烯凝膠散發出去。中午時測試的PDMS膜面的表觀溫度比環境溫度低 5 ~ 6 ℃,在理想的使用條件下,估計極限降溫值可以達到14 ℃。



 

 

 

更多內容,請關注本刊2022年第5期《仿生智能溫控纖維及織物的研究進展》一文。

 

(來源:紡織導報官微)
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