近期，省部共建纺织新材料与先进加工技术国家重点实验室徐卫林院士团队受驼峰启发，通过层级复合结构和单向导湿织物设计，解决了长期以来个人热防护和热湿舒适管理难以兼容的难题。相关工作以“Hump-Inspired Hierarchical Fabric for Personal Thermal Protection and Thermal Comfort Management”为题发表在国际顶级期刊《Advanced Functional Materials》（该期刊是材料领域权威期刊，中科院分区材料类一区，影响因子19.924）上。文章链接:https://doi.org/10.1002/adfm.202212626。第一作者为我校与苏州大学联合培养博士生许多，通讯作者为我校徐卫林院士、张骞博士和苏州大学方剑教授。武汉纺织大学省部共建纺织新材料与先进加工技术国家重点实验室为第一通讯单位。
防护服是消防员在极端火灾环境中保障生命健康的重要屏障，然而，由于长时间的高温环境以及高强度工作，人体产生的大量汗液将直接影响个人的健康以及工作效率。但传统的商业防护面料往往致力于单一的热防护性能提升，在热湿舒适方面缺乏有效调控。因此，开发一种既能阻挡外界极端热的入侵，又能通过汗液调控缓解人体过热的防护服，是亟需解决的难题。在自然界中，驼峰是骆驼独有的一种近乎完美的保护屏障，能够长时间避免骆驼受沙漠白天极端热环境的影响。其中，驼峰内部脂肪的隔热性能抑制外界热量的输入，同时，其周围分布的汗腺通过调节汗液流动的方向，避免骆驼进一步发生过热现象（图1A）；因此，驼峰中自然形成的内部脂肪和汗腺集成功能使得骆驼能够长期生存在炽热高温的沙漠地区。受驼峰结构启发，课题组通过热轧处理和超声波焊接将阵列式隔热单元和异型芯吸通道整合在一起，设计了一种具有仿驼峰结构的层级织物（HHF）（图1B）。
图1. HHF的功能结构设计示意图和工作机制
与商用防护面料相比，该HHF的层级结构设计赋予了防护服面外方向超低的导热性（0.0192 Wm-1K-1），实现极端火灾环境中超高的热防护性能（图2A-B）；同时，HHF中耦合的异型芯吸通道赋予的单向导湿功能实现了人体所需的热湿舒适性（图3A-C）。模拟皮肤实验结果表明，该仿生消防织物在极端条件下（~80℃）的底部温度和相对湿度分别比传统消防服低~20.6 ℃（图2D）和~13.6 %（图3E）。
图2. HHF的热防护性能（CFU-14,CFU-97为商业化产品）
图3. HHF的汗液调控性能
研究人员对HHF进行了实际的防护和汗液调控性能测试。将HHF缠绕在假人胳膊上，用丁烷喷枪（火焰温度1500 ℃）验证其防护性能（图4A）。火焰灼烧后的面料依然保持原有颜色和状态。实际人体汗液调控（图4B）结果显示，在相同条件下，HHF下层的皮肤湿度远低于传统的商业化防护面料（图4C）。这些结果突出了HHF在极端火灾中个人防护的巨大应用潜力。
图4. HHF的实际场景测试
团队长期从事结构化、功能化纺织品的光热调控研究，该项工作是小组近期围绕层级结构功能纺织品研究的最新进展之一，为进一步拓展功能纺织品的多层级结构在特种领域的应用提供了新思路。
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