新型功能織物,讓你告別“汗噠噠”的夏天,外層疏水,內層排汗​,像皮膚一樣!

隨著科學技術的發展,人們對衣物的要求不單單是外觀靚麗,穿著的舒適度變得越來越重要,能幫助汗水從皮膚上排出的高性能織物逐漸得到瞭人們的青睞。

近年來,已經出現瞭許多具有促進皮膚汗液排出功能的防潮織物。但是,這類織物大多不具有排斥外部液體污染物的能力,而且目前市售透氣織物的濕氣透過率遠低於一般人的出汗率,導致這類織物對人體的舒適度沒有明顯的提升。

近期,康奈爾大學和香港理工大學的研究人員合作,模仿人體皮膚的汗液排出模式,設計瞭一種“仿皮膚”定向傳輸液體織物,該織物在超疏水性基材上形成瞭具有單向液體傳輸的空間通道,像“汗腺”一樣,既能很好地將汗液排出,又可以排斥外部液體污染物,其透水率是市售最好的商用透氣性織物的15倍。同時該織物還具有優異的耐磨性,循環超過10000次性能沒有明顯變化!

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人體皮膚是理想的定向液體傳輸材料,既可以排出汗液又能夠很好地保護身體免受外部液體污染物的侵害。

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圖1.定向傳輸性能示意圖

皮膚狀”織物的制作

研究人員受皮膚的啟發,制備瞭具有和皮膚相似功能的“皮膚狀”織物。如圖2所示,研究人員使用棉織物為基底,用全氟辛基三乙氧基矽烷(PFOTES)塗覆的二氧化鈦顆粒進行預處理,以賦予其超疏水性;然後通過等離子處理技術進行改性,在疏水性織物上創建多孔梯度潤濕性通道,用作局部“汗腺”,從而得到具有廣泛用途的“皮膚狀”織物。

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圖2.“皮膚狀”織物原理圖和制造工藝

織物的定向水傳輸性能

為瞭測試織物的定向水傳輸功能,研究人員將織物以圖3所示的45°傾斜角放置,當水從織物的頂部滴下時,液滴在織物上逐漸積累,並很快從織物上滑落,整個過程中沒有任何水滲透。

而當在織物背面滴加水時,液滴接觸到織物後很快便自發地透過織物,轉移到瞭織物的另一側,而且在此測試過程中水的傳輸速率遠遠超過人體在劇烈運動時的最大出汗率,並且大約是市售最好的戈爾特斯(Gore-Tex)商用面料的15倍。

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圖3. 定向水傳輸性能測試

研究人員又將“皮膚狀”織物覆蓋在裝有藍色矽膠的玻璃瓶上,如圖4所示,用水龍頭對瓶口淋浴10秒鐘,當將織物的正面朝上時,內部矽膠的顏色不變,瓶內沒有水滲透進去;而當背面朝上時,瓶內的矽膠部分變成粉紅色,表明有水透過織物進入瓶內,進一步證明瞭織物的定向水傳輸能力。

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圖4. “皮膚狀”織物水淋試驗

織物的定向汗液傳輸性能

隨後,研究人員使用人工汗液模擬織物在實際應用中的定向汗液傳輸功能,如圖5所示,當汗液滴在織物正面時,汗滴附著在表面,然後旋轉至一定的傾斜角度,繼續滴加汗液,可以看出汗滴很快滑落,沒有任何滲透。

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圖5. 織物的定向汗液傳輸測試

而當研究人員如圖6所示將汗液滴加到織物背面時,汗滴很快便自發地滲透織物,隨後將織物傾斜,汗滴同樣很快滾落下來,這表明該織物對汗液同樣具有定向傳輸能力,具有在實際穿戴領域應用的潛力。

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圖6. 織物的定向汗液傳輸測試

織物的耐磨性

最後,研究人員測試瞭織物的耐用性。結果如圖7所示,織物的接觸角在高達10000個周期後才略顯下降,並且即使經過長達25000個周期TiO2納米顆粒的含量幾乎沒有任何變化,表明研究人員所制備的“皮膚狀”織物具有優異的耐磨性,能夠滿足實際應用的需求。

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圖7. 織物耐磨性測試

在本篇文章中,研究人員開發瞭一種新穎的皮膚狀織物,將超疏水織物和等離子處理技術相結合,使織物具有較強的疏水性和定向水傳輸功能,制作過程簡單有效。這種新穎的“皮膚狀”織物可以直接用於開發智能和高性能服裝,並有望在需要定向液體傳輸領域得到廣泛應用,如液體分離和純化、傷口敷料、燃料電池膜和柔性微流體設備等領域。

原文鏈接:

https://advances.sciencemag.org/content/6/14/eaaz0013

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