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香港理工大學(xué)陶肖明教授團(tuán)隊(duì) Adv. Sci.:一種高效傳熱、輕便、衛(wèi)生用于運(yùn)功恢復(fù)的可穿戴流體織物
2025-01-14  來源:高分子科技

  快速溫度交替療法是一種有效加速運(yùn)功恢復(fù)的物理治療方法,身體通過交替暴露于熱和冷的溫度來促進(jìn)血液循環(huán),幫助氧氣和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的輸送,以及代謝廢物的排除。因冷導(dǎo)致血管收縮,從而減少炎癥和麻木疼痛;通過血管因熱擴(kuò)張,導(dǎo)致血管擴(kuò)張,增加局部血流,有助于放松肌肉和緩解僵硬。另外,快速溫度交替可以幫助干擾向大腦傳遞的疼痛信號(hào),從而提供暫時(shí)的疼痛緩解。這種療法通常將治療部位快速交替浸入冷水和熱水中進(jìn)行 (圖1A)。然而,由于高水耗、設(shè)備體積龐大以及個(gè)人衛(wèi)生等問題,該方法雖然有效,但在運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練或比賽場(chǎng)地的廣泛應(yīng)用受到限制。


  近日,香港理工大學(xué)智能可穿戴系統(tǒng)研究院陶肖明教授團(tuán)隊(duì)研發(fā)了一套新型便攜的可穿戴系統(tǒng),經(jīng)使用首次實(shí)現(xiàn)快速冷熱交替療法,取代了浸水方式。如圖1B1C所示,其關(guān)鍵部件之一是高效傳熱、輕便、衛(wèi)生的可穿戴流體織物。其核心層是由雙層尼龍復(fù)合織物構(gòu)成的柔性傳熱面板(FHTP),內(nèi)含經(jīng)流場(chǎng)分析設(shè)計(jì)的網(wǎng)絡(luò)水流通道。如圖1D所示,可實(shí)現(xiàn)在高通量下冷熱模式5℃40)之間完成快速切換。研究成果之一為流體織物面外傳熱機(jī)理和性能,最近發(fā)表Advanced Science上。其它內(nèi)容如織物內(nèi)部流場(chǎng)的設(shè)計(jì)、分析、優(yōu)化,將陸續(xù)發(fā)表。


  與常規(guī)剛性傳熱面板不同,織物柔性板需考慮壓力下變形導(dǎo)致的與皮膚接觸條件(接觸壓力和接觸面積比例)的變化(圖1E),從而建立可變形織物傳熱模型并經(jīng)過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證(圖1F)。依據(jù)此模型,定量分析了影響該系統(tǒng)傳熱的主要因素。如圖1G所示,經(jīng)參數(shù)優(yōu)化制備的流體織物與大腿之間的傳熱系數(shù)達(dá)到98.5 W m-2 K-1,相當(dāng)于人體在10 冷水浸泡時(shí)傳熱系數(shù)的92 %。顯著高于先前報(bào)道的各類水冷服(1337 W m-2 K-1。目前文中所述可穿戴系統(tǒng)已經(jīng)在香港體育運(yùn)動(dòng)員訓(xùn)練中開始獲得使用。


1 COOLWEAR系統(tǒng)工作原理和流體織物的示意圖,FHTP的快速冷熱切換模式,以及優(yōu)化后的流體織物與皮膚之間的傳熱表現(xiàn)


  這種先進(jìn)的流體織物在其他領(lǐng)域也具有廣泛的應(yīng)用潛力,例如在極端環(huán)境中提高熱舒適性(如個(gè)人熱管理系統(tǒng)和防火服)、康復(fù)和醫(yī)療中的冷療和熱療,以及在虛擬現(xiàn)實(shí)中模擬觸覺感受等。


  該工作在Advanced Science發(fā)表, 第一作者是博士生楊靖


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


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

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