在户外环境中保持人体湿热舒适对其身心健康和工作效率至关重要。个人湿热管理材料着眼于人体温度，能够通过调节体表周围的微环境温度而提高穿着者的舒适度。作为个人湿热管理材料的一种，单向导湿可穿戴材料通过其结构设计使得汗液能够从皮肤表面迅速传导至材料外层，同时阻止其反向回流。汗液在外层蒸发会带走热量，避免汗液粘附带来的不适感。目前，现有的单向导湿可穿戴材料仍主要集中在纺织品上，设计除纺织品外的单向导湿可穿戴材料仍值得关注。
近日，陕西科技大学马建中教授团队在期刊《Journal of Materials Chemistry A》上，发表了最新研究成果“Design of a unidirectional water-transport skin-derived wearable material through engineering a natural pore-size gradient for personal wet-thermal management”。团队通过巧妙利用动物皮肤材料固有的孔径梯度，在其两侧上分别通过静电纺丝亲水性聚氨酯纤维膜（WPU侧）和静电喷涂疏水聚偏氟乙烯涂层（PVDF侧），开发了一种兼具润湿梯度和孔径梯度结构的天然皮肤基可穿戴材料（UWT-Skin），如图1所示。图1 UWT-Skin 的制作示意图（a）, WPU侧和PVDF侧的SEM照片（b-c），水滴在WPU侧和PVDF侧上接触角变化照片（d）及UWT-Skin的孔径分布（e）由于双梯度协同作用而形成毛细力差异，UWT-Skin能够自发驱动水分从PVDF侧输送到WPU侧。当水滴轻微接触WPU侧时，快速铺展开且不湿润PVDF侧。反之，当液滴与PVDF侧接触时，保持了近15 s的球形后被润湿，且润湿面积微小，而在WPU侧的润湿面积明显扩大，说明从PVDF侧穿透到WPU侧，且不受重力影响（图2a-c）。此外，通过动态水分管理仪和静水压进一步说明UWT-Skin具有单向导湿能力。由于UWT-Skin的持续单向导湿作用，UWT-Skin表面的冷却效果比棉织物和普通皮革更明显，且对皮肤的粘附性极低（0.29 mN/cm2），可以保持皮肤干爽。同时，UWT-Skin与模拟皮肤所形成微气候的温度略高于棉织物和普通皮革材料（相差约2.0℃），防止因汗液存在而造成皮肤过度冷却，提升人体在湿热环境中舒适性。此外，它还具有出色的透气透湿性、力学性能、柔软性和着色性，确保了可穿戴性。该论文陕西科技大学为唯一署名单位，通讯作者为陕西科技大学轻工科学与工程学院（柔性电子学院）马建中教授、鲍艳教授及张文博副教授，博士研究生高璐为学生第一作者。该项工作得到家自然科学基金面上项目（22378253、22078188）陕西省自然科学基础研究计划项目（2024JC-YBMS-122）和陕西省国家重点研发计划项目（2023-YBGY-482）的支持。文章信息:
Lu Gao, Yan Bao*, Peng Lei, Sike Yu, Xiaofeng Zhu, Chao Liu, Wenbo Zhang*, Jianzhong Ma*. Design of a unidirectional water-transport skin-derived wearable material through engineering a natural pore-size gradient for personal wet-thermal management[J]. Journal of Materials Chemistry A, 2024, 12(40): 27478-27490. DOI: 10.1039/D4TA04261A
文章链接：
https://doi.org/10.1039/D4TA04261A
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