我國科學家研發仿生光熱織物,既可秒速升溫又能穩定耐用
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新華社天津10月11日電(記者張建新、栗雅婷)在-20℃的嚴寒中,隻需光照12秒,衣物表面溫度就能迅速躍升至40℃﹔即使反復洗滌摩擦,儲熱性能依然穩定﹔還可實現精准控溫,用於局部熱敷理療……這些過去依賴復雜電子設備才能實現的“智能保暖”功能,未來可能僅需一塊織物就能輕鬆實現。
近日,天津大學封偉教授團隊受鹽鹼地植物“吸鹽-泌鹽”機制啟發,成功研發出一種兼具高效光熱轉換與優異力學性能的分子太陽能熱(MOST)織物。該研究成果發表於材料學期刊《先進材料》(Advanced Materials),為下一代可穿戴熱管理技術開辟了全新路徑。
據悉,以往的MOST織物一般面臨優異光熱性能與力學性能不可兼得的問題,開發“高效光熱+可靠耐用”的熱管理織物,對節能減排、提升醫療理療便捷性具有重要意義。
研究團隊從鹽鹼地植物“中亞濱藜”中汲取靈感。這種耐鹽植物能通過“溶脹吸收鹽分-去溶脹泌鹽結晶”的動態循環適應極端環境,其“溶劑介導-溶質輸運-可控結晶”的生物機制,為解決MOST材料與織物的界面適配難題提供了靈感。
團隊把由熱塑性聚氨酯制成的中空氣凝膠纖維作為基材,將其浸泡在特殊的偶氮苯/氯仿溶液中“腌漬”,纖維先充分吸收溶液而膨脹,隨后在干燥時,偶氮苯分子會從內部被擠出,並在纖維表面形成一層均勻、致密的晶體“外衣”——偶氮苯單晶層。這不僅讓纖維內部的分子結構更緊密,也讓它獲得了獨特的光學特性和力學性能。
實驗顯示,這種新型織物表現出優異的熱管理能力。在420nm藍光照射下,70秒內升溫25.5℃,即使在-20℃的低溫模擬日光中,50秒也可升溫21.2℃。更難得的是,該織物具備極強的耐用性,經過50次摩擦、500次拉伸彎曲,甚至72小時連續洗滌后,光熱性能保留率仍超90%,成功克服了傳統MOST材料易脫落、壽命短的問題。
此外,該織物還能通過調節光照強度精准控制釋熱溫度,既可用於日常保暖,也可作為便攜理療載體,為關節炎等患者提供局部熱敷。
“這項研究的核心,是將自然界生物的自適應機制轉化為材料的性能調控策略。”封偉表示,這一仿生設計不僅為MOST織物的大規模制備提供了新方法,更實現了熱管理織物的性能突破。未來可廣泛應用於智能服裝、醫療理療器械、戶外防護裝備等領域,推動個人熱管理從“依賴外部供能”向“高效利用太陽能”轉型升級。
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