随着科学技术的发展,人们对衣物的要求不单单是外观靓丽,穿着的舒适度变得越来越重要,能帮助汗水从皮肤上排出的高性能织物逐渐得到了人们的青睐。

近年来,已经出现了许多具有促进皮肤汗液排出功能的防潮织物。但是,这类织物大多不具有排斥外部液体污染物的能力,而且目前市售透气织物的湿气透过率远低于一般人的出汗率,导致这类织物对人体的舒适度没有明显的提升。

近期,康奈尔大学和香港理工大学的研究人员合作,模仿人体皮肤的汗液排出模式,设计了一种“仿皮肤”定向传输液体织物,该织物在超疏水性基材上形成了具有单向液体传输的空间通道,像“汗腺”一样,既能很好地将汗液排出,又可以排斥外部液体污染物,其透水率是市售最好的商用透气性织物的15倍。同时该织物还具有优异的耐磨性,循环超过10000次性能没有明显变化!

新型功能织物,让你告别“汗哒哒”的夏天,外层疏水,内层排汗​,像皮肤一样!

人体皮肤是理想的定向液体传输材料,既可以排出汗液又能够很好地保护身体免受外部液体污染物的侵害。

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图1.定向传输性能示意图

皮肤状”织物的制作

研究人员受皮肤的启发,制备了具有和皮肤相似功能的“皮肤状”织物。如图2所示,研究人员使用棉织物为基底,用全氟辛基三乙氧基硅烷(PFOTES)涂覆的二氧化钛颗粒进行预处理,以赋予其超疏水性;然后通过等离子处理技术进行改性,在疏水性织物上创建多孔梯度润湿性通道,用作局部“汗腺”,从而得到具有广泛用途的“皮肤状”织物。

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图2.“皮肤状”织物原理图和制造工艺

织物的定向水传输性能

为了测试织物的定向水传输功能,研究人员将织物以图3所示的45°倾斜角放置,当水从织物的顶部滴下时,液滴在织物上逐渐积累,并很快从织物上滑落,整个过程中没有任何水渗透。

而当在织物背面滴加水时,液滴接触到织物后很快便自发地透过织物,转移到了织物的另一侧,而且在此测试过程中水的传输速率远远超过人体在剧烈运动时的最大出汗率,并且大约是市售最好的戈尔特斯(Gore-Tex)商用面料的15倍。

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图3. 定向水传输性能测试

研究人员又将“皮肤状”织物覆盖在装有蓝色硅胶的玻璃瓶上,如图4所示,用水龙头对瓶口淋浴10秒钟,当将织物的正面朝上时,内部硅胶的颜色不变,瓶内没有水渗透进去;而当背面朝上时,瓶内的硅胶部分变成粉红色,表明有水透过织物进入瓶内,进一步证明了织物的定向水传输能力。

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图4. “皮肤状”织物水淋试验

织物的定向汗液传输性能

随后,研究人员使用人工汗液模拟织物在实际应用中的定向汗液传输功能,如图5所示,当汗液滴在织物正面时,汗滴附着在表面,然后旋转至一定的倾斜角度,继续滴加汗液,可以看出汗滴很快滑落,没有任何渗透。

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图5. 织物的定向汗液传输测试

而当研究人员如图6所示将汗液滴加到织物背面时,汗滴很快便自发地渗透织物,随后将织物倾斜,汗滴同样很快滚落下来,这表明该织物对汗液同样具有定向传输能力,具有在实际穿戴领域应用的潜力。

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图6. 织物的定向汗液传输测试

织物的耐磨性

最后,研究人员测试了织物的耐用性。结果如图7所示,织物的接触角在高达10000个周期后才略显下降,并且即使经过长达25000个周期TiO2纳米颗粒的含量几乎没有任何变化,表明研究人员所制备的“皮肤状”织物具有优异的耐磨性,能够满足实际应用的需求。

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图7. 织物耐磨性测试

在本篇文章中,研究人员开发了一种新颖的皮肤状织物,将超疏水织物和等离子处理技术相结合,使织物具有较强的疏水性和定向水传输功能,制作过程简单有效。这种新颖的“皮肤状”织物可以直接用于开发智能和高性能服装,并有望在需要定向液体传输领域得到广泛应用,如液体分离和纯化、伤口敷料、燃料电池膜和柔性微流体设备等领域。

原文链接:

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

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