高分子科学前沿8月9日讯：作为人类生活四大要素（衣、食、住、行）之首，纺织品在日常生活中扮演着重要的角色。近年来，功能性纺织品作为物理屏障，在调节人体生理舒适度的研究中崭露头角。其中，防水透气膜是一种尖端高科技功能材料，其既能阻挡外部液体和污染物的渗入，又能使湿气透过以保持人体干爽舒适。因此，它被视为人的“第二层皮肤”，在防护服、医用敷料、海水淡化、电子设备等不同领域具有广阔的应用前景。然而，这种薄膜一直面临着如何平衡防水性和透气性以及阻挡内部汗液传输的难题。

东华大学俞建勇院士团队丁彬研究员、张世超研究员等人基于操纵带电液体的喷射和相分离，开发了一种由疏水性铁电纳米纤维膜和亲水性纳米纤维膜组成的纳米织物。通过将纳米级直径（约 22 nm）、小孔径和高孔隙率相结合，作者实现了膜的高防水性（129 kPa）和透气性（3736 g m-2 d-1）。此外，该膜还能通过亲水排汗和摩擦电场极化的耦合作用，将大水簇分解为小水分子，从而促进汗液的吸收和释放，展现出出色的水分蒸发率（0.64 g h-1）和湿热舒适度（比最先进的聚四氟乙烯膜低0.7℃）。这项工作可能会为先进防护纺织品的设计和开发带来新的启示。该研究以题为“High-Performance Liquid-Repellent and Thermal-Wet Comfortable Membranes Using Triboelectric Nanostructured Nanofiber/Meshes”的论文发表在《 Advanced Materials》上。

纳米织物的设计

外层PVDF-HFP纳米纤维膜和内层聚氨酯纳米纤维膜的纳米结构由直径为10~30 nm的一维超细纳米纤维组成，其平均直径约为22 nm，远小于传统电纺纤维（300~900 nm），从而提供了潜在的纳米级效应。与普通电纺纳米纤维膜（>1.5 µm）相比，纳米膜的孔径特别小，仅为0.62 µm，孔隙率高达 78%。此外，由于机械拉伸带来的原位充电效应，电网格化过程会诱导PVDF-HFP纳米纤维从α相到β相的晶相转变，从而使PVDF-HFP纳米纤维/膜具有高摩擦电压（30.4 V）。除了具备出色的静水压力（129 kPa）和蒸汽渗透率（3736 g m 2 d -1）外，热图像显示该穿在人体上的纳米膜织物比商用PTFE防水透气膜具有更快的散热速度，展现出了更好的湿热舒适性，在防护服和电子产品方面具有应用潜力。

图1 纳米膜的设计

结语：作者通过调节带电液体的喷射、变形和相分离，提出了一种基于独特的非对称润湿二维纳米纤维/膜，从而实现了防水、透气和快干性能的协同效应。该纺织物具有很强的防水性（129 kPa）和透气性（3736 g m -2 d -1），同时表现出较高的汗液蒸发率（0.64 g h -1）和湿热舒适性（比商用聚四氟乙烯膜低0.7℃）。这项研究为下一代智能膜的开发提供了新的思路，并为防护服和电子皮肤的应用打开了大门。（本刊有删节）详情见高分子科学前沿公众号

原文链接：

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202305606