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新加坡國立大學陳瑞深、張雪萍《Small》：吸濕復合材料提升人體熱舒適性

2022-02-24 來源：高分子科技

新冠病毒的全球蔓延，使得我們的前線醫護人員必須穿戴個人防護裝備，進行病毒檢測和醫療工作。為了防止醫護人員被感染，防護服所用材料往往透氣性較差，在炎熱天氣或高強度工作下長時間穿戴，會使醫護人員感到悶熱，甚至引發中暑等身體不適。現有的一些降溫措施，例如使用冰塊、風扇等，因有效時長較短或能源消耗較高等問題，不能有效地幫助醫護人員解決困難。

近期，新加坡國立大學陳瑞深（Tan Swee Ching）教授、張雪萍研究員等人研發了一種新型的柔性超吸濕復合材料，可直接貼在防護服的內側，通過快速吸收汗液蒸發出的濕氣來促進汗液蒸發，以達到給人體降溫的目的（圖1）。該材料具有良好的機械性能，制作成本低并可重復使用，具有廣泛的應用潛力，幫助醫護人員、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”為題發表在Small。新加坡國立大學材料科學與工程學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)的技術支持。

圖1. 汗液蒸發出的濕氣聚集在防護服內，導致濕度變高，阻礙了汗液的進一步蒸發。在防護服內貼上超吸濕復合材料，濕氣可被材料快速吸收，從而加速汗液蒸發，帶走更多熱量以達到降溫的效果。

文章要點

一、Zn-PVA超吸濕復合材料的設計及性能

為了應用于防護服中，理想的吸濕材料應具有以下特點：1）吸濕速率快，吸濕量高；2）輕質且柔韌性和機械性能強；3）生產成本低并可重復使用等。基于此，作者將具有超強吸濕性能的鋅-乙醇胺配合物（Zn-Complex）嵌入到聚乙烯醇（PVA）基體中，制備了Zn-PVA柔性超吸濕復合材料。在溫度為30℃，相對濕度為95% （95% RH）的條件下，材料的吸濕量可達403.7 g m^-2 （圖2）。吸濕后的材料在50℃條件下加熱即可實現再生利用。此外，該復合材料柔韌性強、機械性能高，有利于實際應用。

二、吸濕降溫性能研究

為了驗證Zn-PVA復合材料的吸濕降溫性能，作者采用了先進的“Newton”人體模型系統來測量人體與環境的熱量交換（圖3）。研究數據表明，人體出汗時，該復合材料能將周圍的濕度從91.0% 降至 48.2%，從而降低熱應力指數（Heat Index），為醫護人員提供更為安全舒適的工作環境。

圖2. Zn-PVA復合材料的吸濕及機械性能。

圖3. 最新的“Newton”人體模型系統測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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（責任編輯：xu）

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