浙江
棉質(zhì)衣物雖然柔軟保暖，但在運(yùn)動(dòng)場景中常被勸退，原因是棉纖維易吸水鎖濕，衣物一旦變得潮濕反而會(huì)加速人體散熱。 近期，中國科學(xué)院的研究團(tuán)隊(duì)開發(fā)出一種新的合成纖維氣凝膠材料，據(jù)稱既能像棉花一樣蓬松舒適，又能有效排斥水分并實(shí)現(xiàn)“儲(chǔ)熱—放熱”的智能調(diào)節(jié)功能。
這項(xiàng)研究由中國科學(xué)院的張世輝、張志華、史全等人團(tuán)隊(duì)完成，他們制備出一種被稱為“相變纖維氣凝膠”（phase-change fiber aerogel，簡稱 PCFA）的輕質(zhì)柔性材料。 這種材料由疏水性（拒水）高分子纖維構(gòu)成，同時(shí)在纖維內(nèi)部均勻分布了微小膠囊狀的相變烴類物質(zhì)，可被加工成類似棉團(tuán)的蓬松形態(tài)，或制備成平整織物片材。
在較低溫度環(huán)境下，這些相變烴分子的結(jié)構(gòu)使纖維相互靠攏、緊密結(jié)合，從而“鎖住”熱量，實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)熱效果。 當(dāng)溫度升高至約26.2攝氏度這一轉(zhuǎn)變點(diǎn)時(shí)，相變烴結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，纖維骨架打開，原本儲(chǔ)存的熱量被釋放出來，實(shí)現(xiàn)對(duì)人體周圍微環(huán)境溫度的動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)。
在實(shí)驗(yàn)中，研究人員使用尺寸約為15厘米×20厘米的材料樣品進(jìn)行了性能測試，將其與同樣尺寸的棉織物樣品進(jìn)行對(duì)比。 結(jié)果顯示，在高濕環(huán)境中，新材料樣品幾乎不吸收水蒸氣或水滴，而棉織物樣品則明顯吸濕；在冷熱轉(zhuǎn)換條件下，PCFA 材料能夠隨環(huán)境溫度在儲(chǔ)熱和放熱狀態(tài)之間切換，符合設(shè)計(jì)預(yù)期。
團(tuán)隊(duì)還進(jìn)行了實(shí)際模擬穿著的保暖測試，將一只手包裹在PCFA織物中，另一只手包裹在相同厚度的棉織物中，并置于零下25攝氏度的低溫環(huán)境中進(jìn)行對(duì)比。 實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在這種極寒條件下，包裹PCFA材料的手比包裹普通棉織物的手明顯更暖，顯示出新材料優(yōu)異的保溫性能。
耐用性方面，研究人員對(duì)該材料進(jìn)行了多次水洗測試，在經(jīng)歷20個(gè)洗滌循環(huán)后，新材料幾乎不出現(xiàn)纖維脫落，并仍保持了原有的蓬松外觀。 更重要的是，其保溫性能僅有輕微衰減，仍保留約97%的“鎖熱”能力，說明該材料在日常使用和清洗條件下具備良好的穩(wěn)定性。
實(shí)驗(yàn)還表明，這種相變纖維氣凝膠具有較好的柔韌性，可在被包裹在不斷彎曲的手指上時(shí)仍保持結(jié)構(gòu)完整，不會(huì)出現(xiàn)明顯開裂或斷裂。 這一特性意味著，如果未來被應(yīng)用于服裝或手套等可穿戴產(chǎn)品，材料能夠適應(yīng)人體頻繁運(yùn)動(dòng)而不易損壞。
研究團(tuán)隊(duì)表示，隨著進(jìn)一步的優(yōu)化和工程化開發(fā)，這一新型蓬松合成纖維材料有望用于極寒環(huán)境下的戶外服裝、手套及其他保暖裝備，為寒區(qū)作業(yè)和戶外運(yùn)動(dòng)提供兼顧舒適、防潮與保暖的全新面料選擇。 相關(guān)成果論文已發(fā)表于期刊《ACS Energy Letters》，并由美國化學(xué)會(huì)對(duì)外發(fā)布研究進(jìn)展。
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