香港理工大学陶肖明教授团队 Adv. Sci.：一种高效传热、轻便、卫生用于运功恢复的可穿戴流体织物

2025-01-14 来源：高分子科技

快速温度交替疗法是一种有效加速运功恢复的物理治疗方法，身体通过交替暴露于热和冷的温度来促进血液循环，帮助氧气和营养物质的输送，以及代谢废物的排除。因冷导致血管收缩，从而减少炎症和麻木疼痛；通过血管因热扩张，导致血管扩张，增加局部血流，有助于放松肌肉和缓解僵硬。另外，快速温度交替可以帮助干扰向大脑传递的疼痛信号，从而提供暂时的疼痛缓解。这种疗法通常将治疗部位快速交替浸入冷水和热水中进行（图1A）。然而，由于高水耗、设备体积庞大以及个人卫生等问题，该方法虽然有效，但在运动训练或比赛场地的广泛应用受到限制。

近日，香港理工大学智能可穿戴系统研究院陶肖明教授团队研发了一套新型便携的可穿戴系统，经使用首次实现快速冷热交替疗法，取代了浸水方式。如图1B和1C所示，其关键部件之一是高效传热、轻便、卫生的可穿戴流体织物。其核心层是由双层尼龙复合织物构成的柔性传热面板（FHTP），内含经流场分析设计的网络水流通道。如图1D所示，可实现在高通量下冷热模式（5℃至40℃）之间完成快速切换。研究成果之一为流体织物面外传热机理和性能，最近发表在Advanced Science上。其它内容如织物内部流场的设计、分析、优化，将陆续发表。

与常规刚性传热面板不同，织物柔性板需考虑压力下变形导致的与皮肤接触条件（接触压力和接触面积比例）的变化（图1E），从而建立可变形织物传热模型并经过实验验证（图1F）。依据此模型，定量分析了影响该系统传热的主要因素。如图1G所示，经参数优化制备的流体织物与大腿之间的传热系数达到98.5 W m^-2 K^-1，相当于人体在10 ℃冷水浸泡时传热系数的92 %。显著高于先前报道的各类水冷服（13至37 W m^-2K^-1）。目前文中所述可穿戴系统已经在香港体育运动员训练中开始获得使用。

图1 COOLWEAR系统工作原理和流体织物的示意图，FHTP的快速冷热切换模式，以及优化后的流体织物与皮肤之间的传热表现

这种先进的流体织物在其他领域也具有广泛的应用潜力，例如在极端环境中提高热舒适性（如个人热管理系统和防火服）、康复和医疗中的冷疗和热疗，以及在虚拟现实中模拟触觉感受等。

该工作在Advanced Science发表, 第一作者是博士生杨靖。

原文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/advs.202411691?af=R

下载：Wearable Fluidic Fabric with Excellent Heat Transfer Performance for Sports Recovery

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（责任编辑：xu）

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