智能溫控紡織品的案例
一種用于個(gè)人熱管理的氣凝膠纖維織物
來源 | Nature Communications
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背景介紹
近年來，具有個(gè)人熱管理功能的智能溫控紡織品引起了人們的極大關(guān)注，它可以在各種環(huán)境溫度下為穿著者提供先進(jìn)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(xiàn)場(chǎng)，需要輕質(zhì)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(jié)構(gòu)和纖維的柔韌性，以其輕質(zhì)、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(jié)構(gòu)可以使氣凝膠纖維具有較低的導(dǎo)熱系數(shù)(23-50 mW/mK)，極大地抑制了熱損失。因此，氣凝膠纖維及其復(fù)合織物在個(gè)人熱管理方面顯示出巨大的潛力。
目前，已經(jīng)開發(fā)了幾種具有不同功能的氣凝膠纖維，與其他有機(jī)或無機(jī)氣凝膠纖維相比，PI氣凝膠纖維具有良好的耐溫性和優(yōu)異的力學(xué)性能，在大范圍溫度下的熱管理紡織品中顯示出相當(dāng)大的潛力。然而，目前所有策略都需要在紡絲后進(jìn)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(jié)構(gòu)，這是費(fèi)時(shí)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(gè)巨大的挑戰(zhàn)。
通常，氣凝膠纖維是通過噴絲管擠出、溶膠-凝膠轉(zhuǎn)變和超臨界/冷凍干燥工藝制備的。溶膠-凝膠過程對(duì)于形成典型的三維多孔氣凝膠結(jié)構(gòu)至關(guān)重要。制備連續(xù)氣凝膠纖維存在溶膠-凝膠過渡和干燥兩個(gè)主要障礙。高性能氣凝膠纖維的高通量制備面臨以下挑戰(zhàn)：(1)實(shí)現(xiàn)紡絲溶液的快速動(dòng)態(tài)溶膠-凝膠轉(zhuǎn)變；(2)構(gòu)建高強(qiáng)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(xué)劉天西和樊瑋團(tuán)隊(duì)報(bào)道了一種快速和可擴(kuò)展的交聯(lián)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(qiáng)動(dòng)態(tài)凝膠策略進(jìn)行環(huán)境壓力干燥。
展開 中山大學(xué)Adv. Mater.綜述: 多孔高分子–以解決重大需求為導(dǎo)向的多功能材料平臺(tái)
其他應(yīng)用
除了上述應(yīng)用領(lǐng)域，作者還介紹了多孔高分子在智能溫控紡織品、傳感、質(zhì)子傳導(dǎo)、生物醫(yī)學(xué)、光電器件和執(zhí)行器等其它領(lǐng)域的應(yīng)用進(jìn)展。
Figure 14. 多孔高分子在智能溫控紡織品和質(zhì)子傳導(dǎo)領(lǐng)域的應(yīng)用
(a-d) 用作智能溫控紡織品的多孔高分子
(e-h) 用于質(zhì)子傳導(dǎo)的多孔高分子
Figure 15. 多孔高分子在光電器件和執(zhí)行器領(lǐng)域的應(yīng)用
【結(jié)論與展望】
多孔高分子因其精確的孔結(jié)構(gòu)和可控的表面化學(xué)等諸多優(yōu)點(diǎn)，已吸引了來自不同研究領(lǐng)域?qū)W者的目光。近年來的研究表明多孔高分子可作為以應(yīng)用為導(dǎo)向的多功能材料平臺(tái)，并顯示出優(yōu)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(yōu)勢(shì)與不足，并指出了多孔高分子的應(yīng)用范疇以及以應(yīng)用為導(dǎo)向的材料設(shè)計(jì)原則；然后從孔結(jié)構(gòu)調(diào)控、直接功能化合成和后合成改性等方面系統(tǒng)總結(jié)了多孔高分子在氣體吸附、水處理、分離、異相催化、電化學(xué)儲(chǔ)能、多孔炭材料前驅(qū)體及其他領(lǐng)域的應(yīng)用進(jìn)展。盡管多孔高分子材料研究領(lǐng)域取得了大量的研究進(jìn)展，但仍然存在一些重大挑戰(zhàn)，值得深入研究。
文獻(xiàn)鏈接：Porous Polymers as Multifunctional Materials Platforms towards Task-Specific Application (Adv.
展開 新型碳納米管、傳感器、智能紡織品
托斯滕森說：“我們?cè)O(shè)計(jì)了一個(gè)解決方案，在實(shí)驗(yàn)室之外進(jìn)行測(cè)試并獲取數(shù)據(jù)：穿戴有這些新穎的紡織品的測(cè)試者走在街上、家里、任何其他地方的時(shí)候，才開始記錄他們的數(shù)據(jù)?！?特拉華大學(xué)的機(jī)械工程博士、論文的主要作者SagarDoshi，在項(xiàng)目中負(fù)責(zé)的是制造傳感器、優(yōu)化它們的靈敏度、測(cè)試它們的力學(xué)性能、并將它們集成到鞋子中。他已經(jīng)在進(jìn)行初步測(cè)試的人員身上佩戴了傳感器。他們到目前為止已經(jīng)獲取了兩種數(shù)據(jù)：傳感器收集的數(shù)據(jù)和需要花費(fèi)數(shù)千美元的實(shí)驗(yàn)室設(shè)備壓力板收集的數(shù)據(jù)。
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(chǎn)品的定制鞋類和服裝，用來存儲(chǔ)日常生活中的運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)。研究人員或治療師可以對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，以評(píng)估運(yùn)動(dòng)效果或者降低醫(yī)療成本?！边@項(xiàng)技術(shù)在運(yùn)動(dòng)醫(yī)學(xué)、手術(shù)后恢復(fù)以及評(píng)估兒童運(yùn)動(dòng)障礙方面也有很大的應(yīng)用前景。
位于威爾明頓的阿爾弗雷德·杜邦兒童醫(yī)院兒童臨床研究和發(fā)展中心主任、特拉華大學(xué)材料科學(xué)和工程學(xué)院的附屬生物醫(yī)學(xué)工程和生物科學(xué)系教授羅伯特·阿金斯說：“想要在短時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)從現(xiàn)實(shí)環(huán)境中收集兒童的運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)是很有挑戰(zhàn)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(yī)生遠(yuǎn)程評(píng)估孩子的運(yùn)動(dòng)情況。這意味著臨床醫(yī)生可以收集更多的數(shù)據(jù)，并可能以一種成本效益更高的方式收集到更好的數(shù)據(jù)，而不需要病人像傳統(tǒng)的方法那樣頻繁地出入診所。”
跨學(xué)科的合作對(duì)于發(fā)展未來應(yīng)用是至關(guān)重要的。工程師在特拉華大學(xué)有一個(gè)能夠同教師和學(xué)生合作交流的獨(dú)特機(jī)會(huì)。這些老師和同學(xué)來自特拉華大學(xué)的健康科學(xué)學(xué)院，負(fù)責(zé)科學(xué)、技術(shù)和校園先進(jìn)研究（STAR）項(xiàng)目的工作。
Doshi表示：“我們作為工程師能夠開發(fā)出新的材料和傳感器，但我們并不總是完全理解醫(yī)生、理療師和病人所面臨的關(guān)鍵問題。
展開 新型碳納米管傳感器催生可穿戴的智能紡織品
托斯滕森說：“我們?cè)O(shè)計(jì)了一個(gè)解決方案，在實(shí)驗(yàn)室之外進(jìn)行測(cè)試并獲取數(shù)據(jù)：穿戴有這些新穎的紡織品的測(cè)試者走在街上、家里、任何其他地方的時(shí)候，才開始記錄他們的數(shù)據(jù)?！?特拉華大學(xué)的機(jī)械工程博士、論文的主要作者SagarDoshi，在項(xiàng)目中負(fù)責(zé)的是制造傳感器、優(yōu)化它們的靈敏度、測(cè)試它們的力學(xué)性能、并將它們集成到鞋子中。他已經(jīng)在進(jìn)行初步測(cè)試的人員身上佩戴了傳感器。他們到目前為止已經(jīng)獲取了兩種數(shù)據(jù)：傳感器收集的數(shù)據(jù)和需要花費(fèi)數(shù)千美元的實(shí)驗(yàn)室設(shè)備壓力板收集的數(shù)據(jù)。
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(chǎn)品的定制鞋類和服裝，用來存儲(chǔ)日常生活中的運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)。研究人員或治療師可以對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，以評(píng)估運(yùn)動(dòng)效果或者降低醫(yī)療成本?！边@項(xiàng)技術(shù)在運(yùn)動(dòng)醫(yī)學(xué)、手術(shù)后恢復(fù)以及評(píng)估兒童運(yùn)動(dòng)障礙方面也有很大的應(yīng)用前景。
位于威爾明頓的阿爾弗雷德·杜邦兒童醫(yī)院兒童臨床研究和發(fā)展中心主任、特拉華大學(xué)材料科學(xué)和工程學(xué)院的附屬生物醫(yī)學(xué)工程和生物科學(xué)系教授羅伯特·阿金斯說：“想要在短時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)從現(xiàn)實(shí)環(huán)境中收集兒童的運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)是很有挑戰(zhàn)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(yī)生遠(yuǎn)程評(píng)估孩子的運(yùn)動(dòng)情況。這意味著臨床醫(yī)生可以收集更多的數(shù)據(jù)，并可能以一種成本效益更高的方式收集到更好的數(shù)據(jù)，而不需要病人像傳統(tǒng)的方法那樣頻繁地出入診所。”
跨學(xué)科的合作對(duì)于發(fā)展未來應(yīng)用是至關(guān)重要的。工程師在特拉華大學(xué)有一個(gè)能夠同教師和學(xué)生合作交流的獨(dú)特機(jī)會(huì)。這些老師和同學(xué)來自特拉華大學(xué)的健康科學(xué)學(xué)院，負(fù)責(zé)科學(xué)、技術(shù)和校園先進(jìn)研究（STAR）項(xiàng)目的工作。
Doshi表示：“我們作為工程師能夠開發(fā)出新的材料和傳感器，但我們并不總是完全理解醫(yī)生、理療師和病人所面臨的關(guān)鍵問題。
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