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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
關(guān)鍵詞:柔性 超吸濕 聚乙烯醇 降溫

  新冠病毒的全球蔓延,使得我們的前線醫(yī)護(hù)人員必須穿戴個(gè)人防護(hù)裝備,進(jìn)行病毒檢測(cè)和醫(yī)療工作。為了防止醫(yī)護(hù)人員被感染,防護(hù)服所用材料往往透氣性較差,在炎熱天氣或高強(qiáng)度工作下長時(shí)間穿戴,會(huì)使醫(yī)護(hù)人員感到悶熱,甚至引發(fā)中暑等身體不適,F(xiàn)有的一些降溫措施,例如使用冰塊、風(fēng)扇等,因有效時(shí)長較短或能源消耗較高等問題,不能有效地幫助醫(yī)護(hù)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(hù)服的內(nèi)側(cè),通過快速吸收汗液蒸發(fā)出的濕氣來促進(jìn)汗液蒸發(fā),以達(dá)到給人體降溫的目的 (圖1)。該材料具有良好的機(jī)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(hù)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。

 1. 汗液蒸發(fā)出的濕氣聚集在防護(hù)服內(nèi),導(dǎo)致濕度變高,阻礙了汗液的進(jìn)一步蒸發(fā)。在防護(hù)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(dá)到降溫的效果。

 

文章要點(diǎn)


一、Zn-PVA超吸濕復(fù)合材料的設(shè)計(jì)及性能


  為了應(yīng)用于防護(hù)服中,理想的吸濕材料應(yīng)具有以下特點(diǎn):1)吸濕速率快,吸濕量高;2)輕質(zhì)且柔韌性和機(jī)械性能強(qiáng);3)生產(chǎn)成本低并可重復(fù)使用等;诖,作者將具有超強(qiáng)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(duì)濕度為95% 95% RH)的條件下,材料的吸濕量可達(dá)403.7 g m-2 (圖2)。吸濕后的材料在50℃條件下加熱即可實(shí)現(xiàn)再生利用。此外,該復(fù)合材料柔韌性強(qiáng)、機(jī)械性能高,有利于實(shí)際應(yīng)用。


二、吸濕降溫性能研究


  為了驗(yàn)證Zn-PVA復(fù)合材料的吸濕降溫性能,作者采用了先進(jìn)的“Newton”人體模型系統(tǒng)來測(cè)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(shí),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(hù)人員提供更為安全舒適的工作環(huán)境。

 

2. Zn-PVA復(fù)合材料的吸濕及機(jī)械性能。

 

3最新的“Newton”人體模型系統(tǒng)測(cè)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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