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東華大學新成果：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：72

           近年來，高端運動服、野戰軍服、紙尿褲、創傷敷料等服裝、醫衛材料的快速發展使得對具有單向導濕功能的吸濕快干紡織材料的需求日益增加。單向導濕面料可以通過將汗液和水汽從身體輸送到外部環境中，從而在炎熱和潮濕的環境中達到快速干燥效果，為人體提供舒適的微環境。然而現有單向導濕織物的制備工藝比較復雜，同時由于傳統纖維的比表面積較小，導出的水分不能快速蒸發而導致穿著舒適性變差。
           自然界中，導管植物中的蒸騰作用具有自驅動逆重力定向水分輸運和超快蒸發兩個特性。這是由于它們具有符合Murray定律的樹狀分形分叉網絡結構，通過最小化多級孔道中的運輸阻力來優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構，例如動物的血液循環系統、呼吸系統、神經網絡等，隨著多學科的交叉，這種樹狀分叉網絡在諸如微流體流動控制、城市水電氣供給等領域得到廣泛應用，但由于現有功能性微納米纖維加工技術和材料的局限性，仿生樹狀分叉網絡在吸濕快干面料領域的應用仍未得到探索。
           近日，東華大學丁彬教授、王先鋒研究員課題組通過靜電紡絲技術構筑樹狀分叉網絡及表面能梯度制備了仿生多孔Murray單向導濕纖維膜。其中，仿生樹狀多級分叉網絡集成了大孔-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的多級分叉結構，遵循Murray定律最大化物質輸運原則。所得仿生多孔Murray膜兼具自驅動可逆重力定向導水、快速吸放濕（水分蒸發速率高達0.67g/h，是商業化Coolmax面料的2.1倍）以及優異的內層速干性能。
            該工作中提出的通過構筑仿生多級孔道以及表面能梯度結構為吸濕快干微納米纖維膜材料的設計和性能提升提供了一種新思路，有望取代現有商業化吸濕快干面料，實現其在高檔功能服裝及醫衛材料等領域的廣泛應用。未來工作中將進一步優化微納米纖維膜材料的多級潤濕結構，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”為題發表在《ACS Nano》上。
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