東華大學研製出可用於體表濕熱管理的智能材料

最新 03-08

對於光、熱、濕度以及磁場等外部刺激具有一定的自適應響應性是自然界中各種各樣的生物賴以生存的基礎。效法自然，以聚合物凝膠、電活性高分子以及碳納米材料為主的一系列人工驅動器材料已經被開發出來，並在微納機器人、人造器官甚至軍事隱形等領域都展現了廣闊的應用前景。

相比於熱、pH、光、電驅動的致動材料，氣體(特別是水蒸氣)致動材料由於條件溫和、生物友好且易於控制，更加適合人體體表的應用。目前，已經有幾種氣體致動材料相繼被報道，然而由於其複雜的製備工藝、緩慢的氣體吸收及傳輸過程、以及較差的生物相容性等問題，很難應用於可穿戴設備等人體-環境交互領域，所以開發基於新型驅動機理的氣體致動材料尤為迫切。

近日，東華大學纖維材料改性國家重點實驗室王宏志教授課題組和喬治亞理工大學Elsa Reichmanis教授課題組合作，在Nature子刊《Nature Communications》上發表了一種基於納米通道的自適應氣體致動薄膜的製備方法。

人體體表溫度與濕度調節智能面料及其變形-變色雙響應薄膜

納米分子通道廣泛存在於活體細胞及生物組織中，並在小分子的輸運與存儲過程中起到不可替代的作用。例如環境響應性植物捕蠅草、含羞草等，就是通過細胞表面的水分子通道實現組織中水分子的再分配，從而引起組織細胞液體壓力差以實現驅動行為的。納米分子通道的這種分子再分配特性，已經被應用於包括能量存儲與環境保護等許多科學與工程領域。

該項工作在對多種納米分子通道材料進行研究的基礎上，最終利用一種商品化的全氟磺酸樹脂開發出一系列響應速度極快、性能穩定且可以與人體皮膚友善接觸的驅動器薄膜材料。具體研究成果包括：藉助同步輻射光源的掠射角X射線衍射儀(GIWAX)，原位研究了單層全氟磺酸樹脂薄膜吸收氣體過程中的結構變化，揭示了該類氣體驅動器薄膜材料的氣體吸收/傳輸機制以及變形機理，實現了左-右螺旋調控的自舒展雙層驅動器薄膜；將具有氣體活性的選區取向的全氟磺酸樹脂複合到惰性的PET基底上，製備出可以定向舒展/閉合的螺旋驅動器薄膜；將圖案化切割後的驅動器薄膜與普通纖維紡織品結合，設計出一種具有人體體表溫度與濕度調節作用的智能面料；並將納米氧化硅微球光子晶體與薄膜複合開發出自適應變形-變色雙響應智能薄膜。