智能溫控紡織品
關注創建者：匿名 創建時間：2026-01-04
智能溫控紡織品的實例教程
來源 | Nature Communications
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背景介紹
近年來，具有個人熱管理功能的智能溫控紡織品引起了人們的極大關注，它可以在各種環境溫度下為穿著者提供先進的熱舒適功能，從而最大限度地減少能源消耗。如航空航天和消防現場，需要輕質超薄的面料來保證穿著者的工作效率和安全。新興的氣凝膠纖維/織物繼承了氣凝膠的三維多孔結構和纖維的柔韌性，以其輕質、高孔隙率和多集成功能在智能溫控紡織品中顯示出巨大的潛力。高孔隙結構可以使氣凝膠纖維具有較低的導熱系數(23-50 mW/mK)，極大地抑制了熱損失。因此，氣凝膠纖維及其復合織物在個人熱管理方面顯示出巨大的潛力。
目前，已經開發了幾種具有不同功能的氣凝膠纖維，與其他有機或無機氣凝膠纖維相比，PI氣凝膠纖維具有良好的耐溫性和優異的力學性能，在大范圍溫度下的熱管理紡織品中顯示出相當大的潛力。然而，目前所有策略都需要在紡絲后進行后處理，如超臨界干燥或冷凍干燥，以保持氣凝膠纖維的高度多孔結構，這是費時且成本高的。通過常壓干燥快速制備PI氣凝膠纖維仍然是一個巨大的挑戰。
通常，氣凝膠纖維是通過噴絲管擠出、溶膠-凝膠轉變和超臨界/冷凍干燥工藝制備的。溶膠-凝膠過程對于形成典型的三維多孔氣凝膠結構至關重要。制備連續氣凝膠纖維存在溶膠-凝膠過渡和干燥兩個主要障礙。高性能氣凝膠纖維的高通量制備面臨以下挑戰：(1)實現紡絲溶液的快速動態溶膠-凝膠轉變；(2)構建高強度凝膠骨架并有效避免骨架在干燥過程中坍塌。
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成果掠影
近日，江南大學劉天西和樊瑋團隊報道了一種快速和可擴展的交聯聚酰亞胺(CPI)氣凝膠纖維的制造策略。該方法是通過濕紡絲和紫外線增強動態凝膠策略進行環境壓力干燥。
展開 其他應用
除了上述應用領域，作者還介紹了多孔高分子在智能溫控紡織品、傳感、質子傳導、生物醫學、光電器件和執行器等其它領域的應用進展。
Figure 14. 多孔高分子在智能溫控紡織品和質子傳導領域的應用
(a-d) 用作智能溫控紡織品的多孔高分子
(e-h) 用于質子傳導的多孔高分子
Figure 15. 多孔高分子在光電器件和執行器領域的應用
【結論與展望】
多孔高分子因其精確的孔結構和可控的表面化學等諸多優點，已吸引了來自不同研究領域學者的目光。近年來的研究表明多孔高分子可作為以應用為導向的多功能材料平臺，并顯示出優異的性能。該綜述論文首先概述了多孔高分子與其他多孔材料相比的優勢與不足，并指出了多孔高分子的應用范疇以及以應用為導向的材料設計原則；然后從孔結構調控、直接功能化合成和后合成改性等方面系統總結了多孔高分子在氣體吸附、水處理、分離、異相催化、電化學儲能、多孔炭材料前驅體及其他領域的應用進展。盡管多孔高分子材料研究領域取得了大量的研究進展，但仍然存在一些重大挑戰，值得深入研究。
文獻鏈接：Porous Polymers as Multifunctional Materials Platforms towards Task-Specific Application (Adv.
展開 托斯滕森說：“我們設計了一個解決方案，在實驗室之外進行測試并獲取數據：穿戴有這些新穎的紡織品的測試者走在街上、家里、任何其他地方的時候，才開始記錄他們的數據。”
特拉華大學的機械工程博士、論文的主要作者SagarDoshi，在項目中負責的是制造傳感器、優化它們的靈敏度、測試它們的力學性能、并將它們集成到鞋子中。他已經在進行初步測試的人員身上佩戴了傳感器。他們到目前為止已經獲取了兩種數據：傳感器收集的數據和需要花費數千美元的實驗室設備壓力板收集的數據。
Doshi表示：“這種低成本的傳感器薄而且靈活，所以有可能制造出集成有電子產品的定制鞋類和服裝，用來存儲日常生活中的運動數據。研究人員或治療師可以對這些數據進行分析，以評估運動效果或者降低醫療成本。”這項技術在運動醫學、手術后恢復以及評估兒童運動障礙方面也有很大的應用前景。
位于威爾明頓的阿爾弗雷德·杜邦兒童醫院兒童臨床研究和發展中心主任、特拉華大學材料科學和工程學院的附屬生物醫學工程和生物科學系教授羅伯特·阿金斯說：“想要在短時間內實現從現實環境中收集兒童的運動數據是很有挑戰性的。這種薄薄的、靈活的、高度敏感的傳感器可以幫助物理治療師和醫生遠程評估孩子的運動情況。這意味著臨床醫生可以收集更多的數據，并可能以一種成本效益更高的方式收集到更好的數據，而不需要病人像傳統的方法那樣頻繁地出入診所。”
跨學科的合作對于發展未來應用是至關重要的。工程師在特拉華大學有一個能夠同教師和學生合作交流的獨特機會。這些老師和同學來自特拉華大學的健康科學學院，負責科學、技術和校園先進研究（STAR）項目的工作。
Doshi表示：“我們作為工程師能夠開發出新的材料和傳感器，但我們并不總是完全理解醫生、理療師和病人所面臨的關鍵問題。
展開 托斯滕森說：“我們設計了一個解決方案，在實驗室之外進行測試并獲取數據：穿戴有這些新穎的紡織品的測試者走在街上、家里、任何其他地方的時候，才開始記錄他們的數據。”
特拉華大學的機械工程博士、論文的主要作者SagarDoshi，在項目中負責的是制造傳感器、優化它們的靈敏度、測試它們的力學性能、并將它們集成到鞋子中。他已經在進行初步測試的人員身上佩戴了傳感器。他們到目前為止已經獲取了兩種數據：傳感器收集的數據和需要花費數千美元的實驗室設備壓力板收集的數據。
Doshi表示：“這種低成本的傳感器薄而且靈活，所以有可能制造出集成有電子產品的定制鞋類和服裝，用來存儲日常生活中的運動數據。研究人員或治療師可以對這些數據進行分析，以評估運動效果或者降低醫療成本。”這項技術在運動醫學、手術后恢復以及評估兒童運動障礙方面也有很大的應用前景。
位于威爾明頓的阿爾弗雷德·杜邦兒童醫院兒童臨床研究和發展中心主任、特拉華大學材料科學和工程學院的附屬生物醫學工程和生物科學系教授羅伯特·阿金斯說：“想要在短時間內實現從現實環境中收集兒童的運動數據是很有挑戰性的。這種薄薄的、靈活的、高度敏感的傳感器可以幫助物理治療師和醫生遠程評估孩子的運動情況。這意味著臨床醫生可以收集更多的數據，并可能以一種成本效益更高的方式收集到更好的數據，而不需要病人像傳統的方法那樣頻繁地出入診所。”
跨學科的合作對于發展未來應用是至關重要的。工程師在特拉華大學有一個能夠同教師和學生合作交流的獨特機會。這些老師和同學來自特拉華大學的健康科學學院，負責科學、技術和校園先進研究（STAR）項目的工作。
Doshi表示：“我們作為工程師能夠開發出新的材料和傳感器，但我們并不總是完全理解醫生、理療師和病人所面臨的關鍵問題。
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多孔高分子在智能溫控紡織品和質子傳導領域的應用
(a-d) 用作智能溫控紡織品的多孔高分子
(e-h) 用于質子傳導的多孔高分子
Figure 15.
想象一下是否有舒適和便宜的可穿戴面料能夠檢測各種壓力和運動呢？現在特拉華大學的科學家們已經創造了這樣一種技術，它可能會有一些有趣的應用。這種材料由副教授Erik Thostenson和博士生Sagar Doshi領導的團隊開發，材料的基礎包括常規面料，如棉、尼龍，聚酯或羊毛等。
想象一下是否有舒適和便宜的可穿戴面料能夠檢測各種壓力和運動呢？現在特拉華大學的科學家們已經創造了這樣一種技術，它可能會有一些有趣的應用。這種材料由副教授Erik Thostenson和博士生Sagar Doshi領導的團隊開發，材料的基礎包括常規面料，如棉、尼龍，聚酯或羊毛等。
