【集萃網(wǎng)觀察】
6月4日，神舟十五號飛船凱旋歸來！當(dāng)飛船著陸到地面以后，地面的搜救隊伍也在現(xiàn)場展開了工作，比如說對飛船返回艙進(jìn)行檢查，以及協(xié)助航天員出艙等。除了這些重要事項外，神舟十五號飛船的返回艙同樣引人注目，被燒得黑不溜秋的返回艙外部看起來已經(jīng)“面目全非”，飛船在返回地球時到底經(jīng)歷了什么？返回艙外部的材料有何奧秘？我國在隔熱、控溫材料的研發(fā)上有何最新進(jìn)展？
其實(shí)，飛船在出廠時非常的干凈、整潔，但是去太空飛行一段時間返回地球時，飛船的外部就變成了“黑不溜秋”的樣子。之前神舟十三號飛船返回艙進(jìn)行過展出，返回艙外部蜂窩狀的外殼涂料上有一面完全焦黑碳化，那就是飛船返回艙進(jìn)入大氣層時被灼燒的痕跡。如此大的差異，當(dāng)我們知道了真相后，讓人不得不感慨太空飛行之旅真的充滿了驚險。其實(shí)，返回艙的外部經(jīng)過了特殊的處理，比如說外部涂有一些燒蝕材料、隔熱材料，就算外部的溫度高達(dá)上千攝氏度，但是不會把返回艙燒壞，返回艙的內(nèi)部溫度很舒適，不會威脅到航天員的安全，也不會影響到火星車的正常運(yùn)行。
據(jù)了解，神舟返回艙通過黑障區(qū)時，高溫灼燒時間超過6分鐘，綜合熱量達(dá)到每平方米12萬千焦，在數(shù)千攝氏度高溫下，若是普通材料，即便里三層，外三層，返加艙早就被燒穿了，所以必須使用超強(qiáng)隔熱材料。
經(jīng)過多年的研究，我國科學(xué)家終于研發(fā)出隔熱、集防熱、承載于一體的新型復(fù)合材料，新型復(fù)合材料由酚醛空心微球、玻璃空心微球、增強(qiáng)纖維等組成。新型復(fù)合材料按一定配額填充進(jìn)最結(jié)實(shí)的蜂窩狀結(jié)構(gòu)中，形成了超強(qiáng)隔熱材料，對返回艙形成了一層安全“熱防護(hù)”。
當(dāng)然，為了進(jìn)一步增強(qiáng)隔熱材料的隔熱能力，在高溫之下，返回艙蜂窩狀結(jié)構(gòu)外表面增加另一層散熱材料，直接從固態(tài)升華成的氣態(tài)，此過程吸收了大量熱量，剩余熱量通過蜂窩狀結(jié)構(gòu)分解。有了這層散熱材料，即便是經(jīng)歷3000攝氏度高溫灼燒，艙內(nèi)也會溫暖如春，保證在25℃左右，不過該材料在分解過程中會留下黑色的痕跡。
除了返回艙外部的超強(qiáng)隔熱材料，近一段時期，我國科研工作者在熱管理織物、熱防護(hù)材料方面也進(jìn)行了大量研究，這些創(chuàng)新研發(fā)成果可使人體保持在舒適的溫度范圍內(nèi)，為可穿戴智能織物的開發(fā)提供了新方向，并且可以應(yīng)用到虛擬世界感知物體溫度的變化。
高效耐久型分子太陽能熱管理織物
提高能量利用效率
分子太陽能儲能材料（MOST）能夠有效捕捉太陽能，通過分子異構(gòu)將能量儲存于化學(xué)鍵中，在光刺激下以熱能的形式進(jìn)行釋放。因其集太陽能吸收、轉(zhuǎn)化、儲存以及釋放為一體的特性受到廣泛關(guān)注，尤其是在個人熱管理領(lǐng)域。但由于分子太陽能儲能材料存在能量密度低、易泄露、牢度差等問題，限制了其在儲能織物上的應(yīng)用。
針對上述問題，江南大學(xué)及上海交通大學(xué)研究團(tuán)隊設(shè)計并合成了吡唑基偶氮苯分子，通過引入含有雜原子的五元環(huán)結(jié)構(gòu)能夠使吡唑基偶氮苯分子具有更高異構(gòu)轉(zhuǎn)化率以及異構(gòu)儲能時間。但吡唑基偶氮苯分子的高異構(gòu)轉(zhuǎn)化率要求單色光刺激響應(yīng)，標(biāo)準(zhǔn)太陽光譜照射會造成異構(gòu)不完全。因此，將吡唑基偶氮苯分子包覆進(jìn)入具有UV濾光性能的微膠囊內(nèi)，既解決了吡唑基偶氮苯分子相變過程中會產(chǎn)生泄露的問題，同時賦予其在寬光譜紫外光照下具有高異構(gòu)轉(zhuǎn)化率的性能。在2000次能量充放、50次水洗、50次摩擦后吡唑基偶氮苯分子儲能織物仍具備高效太陽能儲能密度。
相較于供暖、通風(fēng)和空調(diào)等對環(huán)境溫度調(diào)控方法，高效耐久型分子太陽能熱管理織物提高了能量的利用效率，并以太陽能作為能量源，緩解化石燃料消耗帶來的碳排放以及污染問題，也為構(gòu)建集太陽能吸收、轉(zhuǎn)化、儲存以及可控釋放為一體的光儲能織物提供一條有效途徑。
熱響應(yīng)纖維用于多功能熱激活防護(hù)織物
具有良好熱及機(jī)械適應(yīng)性的智能紡織品在運(yùn)動防護(hù)、消防救援和航空航天等領(lǐng)域中有望發(fā)揮著重要作用。然而，大多數(shù)報道的熱及機(jī)械自適應(yīng)聚合物其較差的加工性和舒適性、響應(yīng)時間過長制約了其應(yīng)用。
近期，東華大學(xué)張青紅/侯成義團(tuán)隊設(shè)計并連續(xù)制備了具有皮芯結(jié)構(gòu)（商用纖維為芯/溫度敏感水凝膠為表皮）的熱響應(yīng)纖維，該復(fù)合纖維表現(xiàn)出快速的機(jī)械適應(yīng)性、良好的熱硬化性和隔熱性能。
在該研究中，研究人員通過共價錨定網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建，解決了商業(yè)纖維與刺激響應(yīng)水凝膠之間界面粘結(jié)性差的問題，從而成功地將水凝膠表皮均勻地涂覆在多種商業(yè)纖維上，實(shí)現(xiàn)了熱響應(yīng)纖維的大規(guī)模連續(xù)制造，該方法具有普適性，對多種商業(yè)纖維均適用。疏水相互作用和離子鍵的協(xié)同作用使水凝膠皮層的拉伸強(qiáng)度（0.65~16 MPa）和彈性模量可隨溫度的變化而進(jìn)行自動調(diào)節(jié)，因此制備的熱響應(yīng)復(fù)合纖維兼具常溫下柔潤親膚和高溫下堅硬抗沖擊的特點(diǎn)。此外，由于相分離和離子相互作用的吸熱效應(yīng)，該智能纖維在高溫環(huán)境（65℃~95℃）可吸收一定的熱量，使體感溫度降低18℃~27℃，從而達(dá)到防止熱灼傷的效果。因此，該智能纖維有望用于運(yùn)動防護(hù)裝備和隔熱防護(hù)服等領(lǐng)域。
濕法紡絲和真空浸漬制備用于
可穿戴織物的柔韌儲熱相變無紡布
據(jù)報道，中科院大連化學(xué)物理研究所研究員史全團(tuán)隊、吳忠?guī)泩F(tuán)隊和澳大利亞迪肯大學(xué)教授陳英團(tuán)隊合作，在柔性纖維型相變材料研究方面取得新進(jìn)展。合作團(tuán)隊通過濕法紡絲和真空浸漬制備了柔性石墨烯-氮化硼纖維基的相變無紡布，具有優(yōu)異的柔韌性、儲熱能力、透氣性能，并將其用于可穿戴人體熱管理器件中。
相變儲能材料能夠在相對恒定的溫度下吸收和釋放大量相變潛熱，可作為熱能儲存和溫度控制介質(zhì)應(yīng)用于人體熱管理領(lǐng)域。然而，傳統(tǒng)相變材料固有的液態(tài)易泄漏、透氣性差及固態(tài)剛性等特點(diǎn)，使其很難應(yīng)用于可穿戴智能熱管理器件中。
為進(jìn)一步提升相變器件的透氣性能和儲能密度，史全團(tuán)隊利用吳忠?guī)泩F(tuán)隊的石墨烯三維多孔組裝體的制備技術(shù)，以及陳英團(tuán)隊在氮化硼納米片制備領(lǐng)域的獨(dú)特優(yōu)勢，與后兩者共同提出了一種通過濕法紡絲方法制備高焓柔性相變無紡布的通用策略。該相變無紡布表現(xiàn)出206.0焦耳/克的高焓值、優(yōu)異的熱穩(wěn)定性、1000次循環(huán)后焓值保持率仍達(dá)到97.6%的熱循環(huán)能力，以及超高的水蒸氣透過率，優(yōu)于當(dāng)前已報道的相變材料薄膜和纖維。
嵌入織物的纖維泵可感知虛擬世界溫度變化
瑞士洛桑聯(lián)邦理工學(xué)院研究人員開發(fā)出一款纖維形式的泵，這種光纖泵可被直接縫合到紡織品和服裝上，重量輕、功能強(qiáng)大，還可水洗，這項創(chuàng)新可應(yīng)用于從外骨骼到虛擬現(xiàn)實(shí)等領(lǐng)。
該研究是在研究人員2019年開發(fā)的可伸縮泵基礎(chǔ)上進(jìn)行的。光纖形式使研究人員能夠制造更輕、更強(qiáng)大的泵，與可穿戴技術(shù)更兼容。為了實(shí)現(xiàn)泵的獨(dú)特結(jié)構(gòu)，研究人員開發(fā)了一種新的制造技術(shù)，將銅線和聚氨酯線纏繞在鋼棒上，然后將它們熱熔化。去除鋼棒后，可使用標(biāo)準(zhǔn)編織和縫紉技術(shù)將2mm纖維整合到紡織品中。這種泵本質(zhì)上是一種能產(chǎn)生自身壓力和流量的管道。
該泵的簡單設(shè)計具有許多優(yōu)點(diǎn)。所需的材料便宜且容易獲得，擴(kuò)展制造過程也比較輕松。由于泵產(chǎn)生的壓力大小與其長度直接相關(guān)，因此可根據(jù)應(yīng)用情況對管道進(jìn)行切割，從而在優(yōu)化性能的同時將重量降至最低。堅固的設(shè)計也使其適用于傳統(tǒng)的洗滌劑清洗。
該研究還展示了由織物和嵌入式纖維泵制成的人造肌肉，這種肌肉可用來為柔軟的外骨骼提供動力，幫助患者移動和行走。該泵甚至可通過模擬溫度感覺為虛擬現(xiàn)實(shí)世界帶來新的維度。在這種情形下，用戶戴著一只手套，手套上的泵裝滿了熱的或冷的液體，用戶能夠感受到與虛擬物體接觸時溫度的變化。
來源：中國產(chǎn)業(yè)用紡織品行業(yè)協(xié)會
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