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的納米纖維研究團隊在吸濕快干功能紡織品領域取得重要進展，相關成果以《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?。單向?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)絡結構，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構，例如動物的血液循環(huán)系統(tǒng)、呼吸系統(tǒng)、神經(jīng)網(wǎng)絡等，隨著多學科的交叉，這種樹狀分叉網(wǎng)絡在諸如微流體流動控制、城市水電氣供給等領域得到廣泛應用，但由于現(xiàn)有功能性微納米纖維加工技術和材料的局限性，仿生樹狀分叉網(wǎng)絡在吸濕快干功能紡織品領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構筑樹狀分叉網(wǎng)絡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構，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

該工作中提出的構筑仿生多級孔道以及表面能梯度結構的策略為吸濕快干微納米纖維膜材料的設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構，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、手術衣、紙尿褲等功能紡織品領域的應用。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