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新加坡國立大學(xué)陳瑞深、張雪萍《Small》：吸濕復(fù)合材料提升人體熱舒適性

2022-02-24 來源：高分子科技

新冠病毒的全球蔓延，使得我們的前線醫(yī)護人員必須穿戴個人防護裝備，進行病毒檢測和醫(yī)療工作。為了防止醫(yī)護人員被感染，防護服所用材料往往透氣性較差，在炎熱天氣或高強度工作下長時間穿戴，會使醫(yī)護人員感到悶熱，甚至引發(fā)中暑等身體不適。現(xiàn)有的一些降溫措施，例如使用冰塊、風扇等，因有效時長較短或能源消耗較高等問題，不能有效地幫助醫(yī)護人員解決困難。

近期，新加坡國立大學(xué)陳瑞深（Tan Swee Ching）教授、張雪萍研究員等人研發(fā)了一種新型的柔性超吸濕復(fù)合材料，可直接貼在防護服的內(nèi)側(cè)，通過快速吸收汗液蒸發(fā)出的濕氣來促進汗液蒸發(fā)，以達到給人體降溫的目的（圖1）。該材料具有良好的機械性能，制作成本低并可重復(fù)使用，具有廣泛的應(yīng)用潛力，幫助醫(yī)護人員、消防人員和軍人等提升熱舒適性。該工作以“Reversible Hydration Composite Films for Evaporative Perspiration Control and Heat Stress Management”為題發(fā)表在Small。新加坡國立大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院博士研究生楊佳辰為論文第一作者。此研究得到了新加坡政府部門(Home Team Science and Technology Agency)的技術(shù)支持。

圖1. 汗液蒸發(fā)出的濕氣聚集在防護服內(nèi)，導(dǎo)致濕度變高，阻礙了汗液的進一步蒸發(fā)。在防護服內(nèi)貼上超吸濕復(fù)合材料，濕氣可被材料快速吸收，從而加速汗液蒸發(fā)，帶走更多熱量以達到降溫的效果。

文章要點

一、Zn-PVA超吸濕復(fù)合材料的設(shè)計及性能

為了應(yīng)用于防護服中，理想的吸濕材料應(yīng)具有以下特點：1）吸濕速率快，吸濕量高；2）輕質(zhì)且柔韌性和機械性能強；3）生產(chǎn)成本低并可重復(fù)使用等。基于此，作者將具有超強吸濕性能的鋅-乙醇胺配合物（Zn-Complex）嵌入到聚乙烯醇（PVA）基體中，制備了Zn-PVA柔性超吸濕復(fù)合材料。在溫度為30℃，相對濕度為95% （95% RH）的條件下，材料的吸濕量可達403.7 g m^-2 （圖2）。吸濕后的材料在50℃條件下加熱即可實現(xiàn)再生利用。此外，該復(fù)合材料柔韌性強、機械性能高，有利于實際應(yīng)用。

二、吸濕降溫性能研究

為了驗證Zn-PVA復(fù)合材料的吸濕降溫性能，作者采用了先進的“Newton”人體模型系統(tǒng)來測量人體與環(huán)境的熱量交換（圖3）。研究數(shù)據(jù)表明，人體出汗時，該復(fù)合材料能將周圍的濕度從91.0% 降至 48.2%，從而降低熱應(yīng)力指數(shù)（Heat Index），為醫(yī)護人員提供更為安全舒適的工作環(huán)境。

圖2. Zn-PVA復(fù)合材料的吸濕及機械性能。

圖3. 最新的“Newton”人體模型系統(tǒng)測試材料的吸濕降溫性能。

原文鏈接：https://doi.org/10.1002/smll.202107636

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（責任編輯：xu）

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