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新加坡国立大学陈瑞深、张雪萍《Small》：吸湿复合材料提升人体热舒适性

发布时间：2023-08-04 点击量：

新冠病毒的全球蔓延，使得我们的前线医护人员必须穿戴个人防护装备，进行病毒检测和医疗工作。为了防止医护人员被感染，防护服所用材料往往透气性较差，在炎热天气或高强度工作下长时间穿戴，会使医护人员感到闷热，甚至引发中暑等身体不适。现有的一些降温措施，例如使用冰块、风扇等，因有效时长较短或能源消耗较高等问题，不能有效地帮助医护人员解决困难。

近期，新加坡国立大学陈瑞深（Tan Swee Ching）教授、张雪萍研究员等人研发了一种新型的柔性超吸湿复合材料，可直接贴在防护服的内侧，通过快速吸收汗液蒸发出的湿气来促进汗液蒸发，以达到给人体降温的目的（图1）。该材料具有良好的机械性能，制作成本低并可重复使用，具有广泛的应用潜力，帮助医护人员、消防人员和军人等提升热舒适性。该工作以“Reversible Hydration Composite Films for Evaporative Perspiration Control and Heat Stress Management”为题发表在Small。新加坡国立大学材料科学与工程学院博士研究生杨佳辰为论文第一作者。此研究得到了新加坡政府部门(Home Team Science and Technology Agency)的技术支持。

图1. 汗液蒸发出的湿气聚集在防护服内，导致湿度变高，阻碍了汗液的进一步蒸发。在防护服内贴上超吸湿复合材料，湿气可被材料快速吸收，从而加速汗液蒸发，带走更多热量以达到降温的效果。

文章要点

一、Zn-PVA超吸湿复合材料的设计及性能

为了应用于防护服中，理想的吸湿材料应具有以下特点：1）吸湿速率快，吸湿量高；2）轻质且柔韧性和机械性能强；3）生产成本低并可重复使用等。基于此，作者将具有超强吸湿性能的锌-乙醇胺配合物（Zn-Complex）嵌入到聚乙烯醇（PVA）基体中，制备了Zn-PVA柔性超吸湿复合材料。在温度为30℃，相对湿度为95% （95% RH）的条件下，材料的吸湿量可达403.7 g m^-2 （图2）。吸湿后的材料在50℃条件下加热即可实现再生利用。此外，该复合材料柔韧性强、机械性能高，有利于实际应用。

二、吸湿降温性能研究

为了验证Zn-PVA复合材料的吸湿降温性能，作者采用了先进的“Newton”人体模型系统来测量人体与环境的热量交换（图3）。研究数据表明，人体出汗时，该复合材料能将周围的湿度从91.0% 降至 48.2%，从而降低热应力指数（Heat Index），为医护人员提供更为安全舒适的工作环境。

图2. Zn-PVA复合材料的吸湿及机械性能。

图3. 最新的“Newton”人体模型系统测试材料的吸湿降温性能。

原文链接：https://doi.org/10.1002/smll.202107636

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