疏水性納米纖維膜+親水性納米纖維膜讓織物實現(xiàn)外防水內(nèi)排濕

2023-08-29 16:36:21 來源：科技日報

現(xiàn)在，這種加倍的快樂或許即將成為現(xiàn)實。東華大學(xué)俞建勇院士團隊丁彬研究員、張世超研究員等人基于調(diào)控帶電液體的噴射和相分離，開發(fā)了一種由疏水性納米纖維膜和親水性納米纖維膜組成的納米織物，為下一代防水透濕膜的開發(fā)提供了新思路。該研究成果日前發(fā)表在國際期刊《先進材料》上。

丁彬表示，納米織物是由納米級纖維組成的織物，具有一些獨特的納米性能。在這項研究中，研究團隊開發(fā)出了直徑約20納米的纖維，并將該納米纖維制成了納米織物。

目前市場上高端的防水透濕膜面料主要是PTFE防水透濕膜，已經(jīng)廣泛應(yīng)用在沖鋒衣、登山靴、防護服上。“然而這種面料兩側(cè)均是疏水的，人體產(chǎn)生的汗液易在面料內(nèi)部凝結(jié)，產(chǎn)生悶熱感，穿起來也不是很舒適?！倍”蚪榻B，因此，團隊的設(shè)計思路就是將疏水微孔纖維膜和吸濕快干纖維膜復(fù)合，同時實現(xiàn)防水和排汗這兩個看似相悖的功能。

此次研發(fā)的納米織物有兩大特點。首先，該納米織物由直徑約20納米的纖維組成，與普通靜電紡納米纖維膜的孔徑（>1.5微米）相比，該納米織物的孔徑很小，僅為0.62微米，孔隙率高達78%，可以獲得防水性、透氣性以及熱濕舒適性等良好的應(yīng)用性能。

其次是該納米織物采用類似于荷葉的疏水加親水雙層結(jié)構(gòu)設(shè)計?？椢锉韺邮欠浪拿媪?，可以有效阻擋外部的液態(tài)水；內(nèi)層是親水快干的面料，可以吸收人體的汗液并迅速將其排放到環(huán)境中，從而保持人體皮膚干燥。

液體在固體材料表面上的接觸角，是衡量液體對材料表面潤濕性能的重要參數(shù)。接觸角越大，疏水性越強；接觸角越小，親水性越強。當(dāng)水滴落在該納米織物表層面料上時，水接觸角為136.7°，展現(xiàn)出強大的疏水性；而當(dāng)水滴落在內(nèi)層面料上時，水接觸角在0.6秒內(nèi)從18°迅速變?yōu)?°，顯示出超親水性。此外，該納米織物的表層疏水微孔纖維膜具有鐵電性，在接觸摩擦過程中產(chǎn)生的電壓可減小水分子簇的尺寸，進而促進液態(tài)水的蒸發(fā)。結(jié)果表明，該納米織物的水分蒸發(fā)率幾乎是傳統(tǒng)棉織物的2.5倍。

此外，團隊還對該納米織物進行了熱成像測試，結(jié)果顯示該納米織物比商用PTFE防水透濕膜具有更快的散熱速度，展現(xiàn)出更好的熱濕舒適性。

近年來，研究團隊致力于微納米纖維紡織材料研究，在微納米纖維材料成型理論、結(jié)構(gòu)設(shè)計及技術(shù)應(yīng)用方面取得了一系列進展。此次開發(fā)的納米織物是該團隊的最新研究成果，在許多領(lǐng)域具有一定的實用價值。

“我們開發(fā)的這種納米織物不僅可用于制作沖鋒衣、防護服、登山靴，還能用于醫(yī)用敷料、電子電器、建筑材料等多個領(lǐng)域?！倍”蚋嬖V記者，近期所開發(fā)的納米織物的產(chǎn)業(yè)化制造研究正在進行中。

研究團隊還將導(dǎo)電金屬濺射到納米織物上，以構(gòu)建電子皮膚。這使得面料可以在較大的壓力范圍內(nèi)監(jiān)測日常生活中的人體關(guān)節(jié)運動，還可用于生物力學(xué)能量的高效收集，并可作為可靠電源驅(qū)動低能耗電子設(shè)備。（王春）