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  近日，東華大學紡織科技創(chuàng)新中心俞建勇院士及丁彬研究員帶領(lǐng)的納米纖維研究團隊在吸濕快干功能紡織品領(lǐng)域取得重要進展，相關(guān)成果以《基于仿生多孔Murray纖維膜的吸濕快干功能性面料》(Biomimetic Fibrous Murray Membranes with Ultrafast Water Transport and Evaporation for Smart Moisture-Wicking Fabrics, DOI: 10.1021/acsnano.8b08242)為題，發(fā)表于國際著名期刊《ACS Nano》，該論文第一作者是東華大學紡織學院王先鋒研究員。

  近年來，高端運動服、野戰(zhàn)軍服、紙尿褲、創(chuàng)傷敷料等服裝、醫(yī)衛(wèi)材料的快速發(fā)展使得對具有單向?qū)窆δ艿奈鼭窨旄杉徔棽牧系男枨笕找嬖黾印蜗驅(qū)衩媪峡梢酝ㄟ^將汗液和水汽從身體輸送到外部環(huán)境中，從而在炎熱和潮濕的環(huán)境中達到快速干燥效果，為人體提供舒適的微環(huán)境。然而現(xiàn)有單向?qū)窨椢锏闹苽涔に嚤容^復雜，同時由于傳統(tǒng)纖維的比表面積較小，導出的水分不能快速蒸發(fā)而導致穿著舒適性變差。

  自然界中，導管植物中的蒸騰作用具有自驅(qū)動逆重力定向水分輸運和超快蒸發(fā)兩個特性。這是由于它們具有符合Murray定律的樹狀分形分叉網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，通過最小化多級孔道中的運輸阻力來優(yōu)化水分在多級連通孔道中的輸運能力。此外，生物組織中也大量存在著典型的樹狀分叉結(jié)構(gòu)，例如動物的血液循環(huán)系統(tǒng)、呼吸系統(tǒng)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等，隨著多學科的交叉，這種樹狀分叉網(wǎng)絡(luò)在諸如微流體流動控制、城市水電氣供給等領(lǐng)域得到廣泛應用，但由于現(xiàn)有功能性微納米纖維加工技術(shù)和材料的局限性，仿生樹狀分叉網(wǎng)絡(luò)在吸濕快干功能紡織品領(lǐng)域的應用仍未得到探索。

圖1 仿生多孔Murray膜的制備過程及其吸濕快干性能

  研究團隊通過靜電紡絲技術(shù)構(gòu)筑樹狀分叉網(wǎng)絡(luò)及表面能梯度制備了仿生多孔Murray單向?qū)窭w維膜。其中，仿生樹狀多級分叉網(wǎng)絡(luò)集成了大孔-微米孔-亞微米孔的多級連通孔道，具有類似于植物蒸騰效應的多級分叉結(jié)構(gòu)，遵循Murray定律最大化物質(zhì)輸運原則。所得仿生多孔Murray膜兼具自驅(qū)動可逆重力定向?qū)⒖焖傥艥瘢ㄋ终舭l(fā)速率高達0.67g/h，是商業(yè)化Coolmax面料的2.1倍）以及優(yōu)異的內(nèi)層速干性能。

圖2 仿生多孔Murray膜的自驅(qū)動逆重力導水過程

  該工作中提出的構(gòu)筑仿生多級孔道以及表面能梯度結(jié)構(gòu)的策略為吸濕快干微納米纖維膜材料的設(shè)計和性能提升提供了一種新思路，有望取代現(xiàn)有商業(yè)化吸濕快干面料，實現(xiàn)其在高檔功能服裝及醫(yī)衛(wèi)材料等領(lǐng)域的廣泛應用。未來工作中將進一步優(yōu)化微納米纖維膜材料的多級潤濕結(jié)構(gòu)，揭示水分在纖維膜孔道中的定向輸運機制，拓展該材料在野戰(zhàn)軍服、創(chuàng)傷敷料、手術(shù)衣、紙尿褲等功能紡織品領(lǐng)域的應用。該研究工作得到了國家自然科學基金、上海市青年科技啟明星等項目的支持。

  論文全文鏈接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.8b08242