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《ACS Nano》:实现单向导湿功能多孔膜的再创新
发布时间:2020-06-18   点击次数:64次

以前,人们都喜欢用棉做运动服的原料,因为棉纤维的吸湿性能强,但其保水性也很强,导致织物很难在吸湿后快速干燥,当人体汗液分泌过多时,就会产生黏湿或闷热感,导致穿着不舒适。近年来,市场对吸湿排汗纺织品的需求愈发强烈,引起了相关研究者的关注。

 

 

在自然界中,许多生物体能实现液体的定向运输,研究者也基于仿生原理设计了很多可实现液体定向运输的功能材料,但是大量研究表明,在液体定向运输领域仍然存在两大难题:

(1)多层多孔结构材料机械性能差且不稳定,容易发生分层;

(2)对于亲—疏水双面膜,需要较大的初始驱动压力并且液体容易发生堵塞;对于单层的亲水膜,很难操控液体的运输方向。

 

针对这一系列问题,北京航空航天大学的研究团队设计并构筑了一种超亲水、自支撑的单层多孔聚醚砜(PES)膜,实现了液体的定向运输。通过采用相转化法,改变乙醇/水的体积比,就能够获得具有不同运输行为的多孔膜。

 

 

 

柔性多孔单层PES膜制备与表征

 

研究者首先通过相转化法制备了不同孔隙尺寸的单层多孔膜,其中膜与玻璃基底接触的I面有较大的孔,II面则形成较小的孔隙。通过调控乙醇/水的体积比,可以获得孔隙从微米到纳米尺度可调控的单层膜。当乙醇与水体积比为7:3时,制备的多孔膜厚度约为38 μm,在室温甚至液氮环境中都具有优异的柔韧性。

 

水滴在多孔PES膜上的运输行为

 

当液滴滴到该PES单层膜上时,液体从II面逐渐渗透到I面,实现克服重力条件下液体的定向运输,此单层膜的“单向导湿”行为适用于不同pH值(1~14)的液体。

 

液滴在膜表面动态浸润状态

 

液滴在膜不同表面的动态浸润状态也有所不同。液滴迅速在I面铺展,在II面能渗透到I面,并且铺展面积相对较小。这种现象主要是由膜表面孔隙尺寸大小不同造成的。

 

多孔PES单层膜克服重力的液体定向运输行为

 

基于PES单层膜的低压液体定向运输行为,汗液可以快速导出,从而避免因为出汗而产生的黏湿和过冷的感觉。相比于传统的棉纺织品,此单层膜具有低粘附力和快速导汗能力,并且可以反复多次使用,具有优异的稳定性。

 

(来源:纺织导报官微)

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