中山大学翟文涛教授团队 Adv. Sci.：受骆驼皮毛启发的用于冷热交替环境的温度调节发泡纤维及织物

2024-10-10 来源：高分子科技

将零能量输入冷却技术纳入个人热管理(PTM)系统，可以有效地调节人体与环境之间的热流，这不仅提高人体的热舒适性，而且能够减少能源消耗。然而，设计出能够在极度炎热和寒冷的环境中实现个人体温调节而不消耗能量的纺织品仍然是一个巨大的挑战。

图 1 发泡多孔纤维的设计策略

近期，中山大学材料科学与工程学院的翟文涛教授团队报道了一种以骆驼皮毛为灵感，兼具物理隔热和辐射冷却功能的超临界物理发泡多孔纤维（MPF）及其纺织品（MPFT），通过构造微纳孔结构和设计多级结构，能够有效使其在不同环境温度下对人体的热量传递进行调节，保持人体热舒适（图1）。所开发的超临界流体微挤出发泡技术，通过控制控制增长程度以及发泡熔体后牵伸运动，可以连续规模化制备不同孔径、轻量化的、高柔韧度的热塑弹性体多孔纤维，以适应于各种不同场景的应用（图2）。本工作设计的MEPFT-d的制冷功能主要依靠微纳孔结构实现多级散射来增强反射近红外和发射MIR的辐射制冷性能（图3），单向导湿加强汗液蒸发制冷的协同机制（图4）。在夜间，其微纳孔结构可以将空气固定在孔洞结构内，降低多孔纤维的热导率，减少人体与外界环境的热交换，从而保持体温（图5）。

图 2 发泡多孔纤维的制备流程及微观结构图

图 3 MEPFT-d的辐射冷却机理及其表征

图 4 MEPFT-d的蒸发冷却机理及表征

图 5 MEPFT-d的隔热机理及表征

该工作以“A Camel-Fur-Inspired Micro-Extrusion Foaming Porous Elastic Fiber for All-Weather Dual-Mode Human Thermal Regulation”为题发表在《Advanced Science》上（0.1002/advs.202407260）。文章第一作者是中山大学博士研究生王俞舒，通讯作者为中山大学翟文涛教授。该研究得到国家自然科学基金委和广东省重点项目基金委的支持。

该工作是团队近期关于低维发泡材料创新制造技术的最新进展之一。超临界流体发泡技术在制备热塑弹性体多孔纤维方面存在技术挑战，这归因于低维材料的表面积大、超临界流体易于逃逸出聚合物基体。在过去的几年里，本团队开发了新颖的超临界流体微挤出发泡技术，以超临界流体为物理发泡剂，通过限时泡孔增长策略控制泡孔聚并程度，通过发泡熔体后牵伸控制发泡纤维的纤度，制备了低旦超细的、具有低皮芯结构的、100%闭孔的聚合物发泡纤维。

项目团队长期从事聚合物超临界流体发泡技术相关的应用基础研究关键技术开发和产业化，先后在国际学术期刊发表学术论文130篇，拥有PCT专利、美国专利、中国发明专利55件，技术许可、专利转让和联合实施专利30余件，创新成果已经应用于芯片化学机械抛光、新能源汽车、运动防护等多个领域，产生了显著的经济和社会效益。

原文链接：http://doi.org/10.1002/advs.202407260

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（责任编辑：xu）

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