港中深朱世平和张祺团队AFM：开发出“冬暖夏凉”自适应智能织物

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随着生活水平的提高，人们对穿着的舒适性要求也日渐提升。在炎热潮湿的夏天，我们希望衣物能有清凉干爽的体感；而在寒冷干燥的冬季，则需要衣物能保持体表温暖湿润。近年来，科学家们已成功开发出了可分别适应上述两种不同场景的快干衣和保暖织物。然而，实际的日常穿着环境是非常复杂的，尤其在室内外场景切换时（譬如夏季进出空调房），具有单一“冬暖”或“夏凉”的衣物由于只能提供一种场景的舒适度，无法适应复杂场景，更有甚者会导致人体受凉生病，其适应性差大大限制了实际应用。因此，为了能够在复杂环境下最大限度地保持人体舒适度，亟需设计和开发在高温时加速体表热量和湿度释放，低温时又能保持体表温暖湿润的自适应智能织物。

图1. 双面协同智能Janus织物的温度自适应控湿调温示意图。

鉴于此，香港中文大学（深圳）理工学院朱世平和张祺团队提出了“可逆单向导湿二极管”的概念，即利用两种具有相反刺激响应特性的温敏高分子通过单面喷涂-原位交联的方法整理到棉织物的正反两面，构建具有双面协同性能的智能织物，实现温度变化下可逆的单向导湿与热对流调节。高温时（40 ℃），织物内层疏水外层亲水，汗液通过不对称表面能梯度快速由内向外传输并在外层铺展，加速蒸发，与传统棉织物相比，蒸发速率提高50 %，温度降低1.2-2.3 ℃。而在低温时（10 ℃），织物内层亲水外层疏水，同时内层高分子吸湿膨胀导致孔隙降低，减缓对流传热，使湿度和热量保持在体侧，比较棉织物包裹时有更好的防骤冷效果（延长120秒冷却时间和最高3.3 ℃保暖效果）。

图2. 智能Janus织物的合成方法（a-b）和表征（c-g）。

该团队将整理有LCST型高分子聚2-(2-甲氧基乙氧基)甲基丙烯酸乙酯 (PMEO2MA)的一面作为织物内层（靠近皮肤的一层），将整理了UCST型高分子聚磺基甜菜碱 (PDMAPS)的一面作为外层。值得注意的是，两种高分子具有相近的相转变温度（26 ~ 27 ℃），且具有较好的生物相容性。此外，在单面喷涂高分子之前，织物进行了双键硅烷偶联剂的预处理，一方面使织物基底疏水化防止汗液在织物内部滞留，另一方面引入的双键与后续的高分子原位交联形成共价结合，提高整理剂牢度。该方法为设计环境适应性控湿调温织物提供了新思路，同时在基于纺织品的智能膜材料领域也具有潜在应用。

图3. 双面协同智能Janus织物的单向导湿机理（a-b）和温度自适应控湿调温效果（c-e为高温效果，f-h为低温效果）。

该研究成果“Reversible Water Transportation Diode: Temperature-Adaptive Smart Janus Textile for Moisture/Thermal Management”近期发表在Advanced Functional Materials，论文第一作者为香港中文大学（深圳）理工学院王元丰博士，通讯作者为香港中文大学（深圳）理工学院张祺助理教授和朱世平教授。

论文链接：

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/pdf/10.1002/adfm.201907851

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