东华大学俞建勇院士、丁彬研究员团队在吸湿快干功能纺织品领域取得最新研究成果
近日，东华大学纺织科技创新中心俞建勇院士及丁彬研究员带领的纳米纤维研究团队在吸湿快干功能纺织品领域取得重要进展，相关成果以《基于仿生多孔Murray纤维膜的吸湿快干功能性面料》(Biomimetic Fibrous Murray Membranes with Ultrafast Water Transport and Evaporation for Smart Moisture-Wicking Fabrics,
DOI: 10.1021/acsnano.8b08242)为题，发表于国际著名期刊《ACS Nano》，该论文第一作者是东华大学纺织学院王先锋研究员。
近年来，高端运动服、野战军服、纸尿裤、创伤敷料等服装、医卫材料的快速发展使得对具有单向导湿功能的吸湿快干纺织材料的需求日益增加。单向导湿面料可以通过将汗液和水汽从身体输送到外部环境中，从而在炎热和潮湿的环境中达到快速干燥效果，为人体提供舒适的微环境。然而现有单向导湿织物的制备工艺比较复杂，同时由于传统纤维的比表面积较小，导出的水分不能快速蒸发而导致穿着舒适性变差。
自然界中，导管植物中的蒸腾作用具有自驱动逆重力定向水分输运和超快蒸发两个特性。这是由于它们具有符合Murray定律的树状分形分叉网络结构，通过最小化多级孔道中的运输阻力来优化水分在多级连通孔道中的输运能力。此外，生物组织中也大量存在着典型的树状分叉结构，例如动物的血液循环系统、呼吸系统、神经网络等，随着多学科的交叉，这种树状分叉网络在诸如微流体流动控制、城市水电气供给等领域得到广泛应用，但由于现有功能性微纳米纤维加工技术和材料的局限性，仿生树状分叉网络在吸湿快干功能纺织品领域的应用仍未得到探索。
图1 仿生多孔Murray膜的制备过程及其吸湿快干性能
研究团队通过静电纺丝技术构筑树状分叉网络及表面能梯度制备了仿生多孔Murray单向导湿纤维膜。其中，仿生树状多级分叉网络集成了大孔-微米孔-亚微米孔的多级连通孔道，具有类似于植物蒸腾效应的多级分叉结构，遵循Murray定律最大化物质输运原则。所得仿生多孔Murray膜兼具自驱动可逆重力定向导水、快速吸放湿（水分蒸发速率高达0.67g/h，是商业化Coolmax面料的2.1倍）以及优异的内层速干性能。
图2 仿生多孔Murray膜的自驱动逆重力导水过程
该工作中提出的构筑仿生多级孔道以及表面能梯度结构的策略为吸湿快干微纳米纤维膜材料的设计和性能提升提供了一种新思路，有望取代现有商业化吸湿快干面料，实现其在高档功能服装及医卫材料等领域的广泛应用。未来工作中将进一步优化微纳米纤维膜材料的多级润湿结构，揭示水分在纤维膜孔道中的定向输运机制，拓展该材料在野战军服、创伤敷料、手术衣、纸尿裤等功能纺织品领域的应用。该研究工作得到了国家自然科学基金、上海市青年科技启明星等项目的支持。
论文全文链接：
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.8b08242
来源：东华大学
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