记者从北京大学获悉,该校材料科学与工程学院科研团队在相变调温材料领域取得重要突破,成功研制出兼具高储热效率与优异机械性能的新一代相变纤维,为解决可穿戴调温材料的产业化应用难题开辟了新途径。
相变纤维材料是一类能够通过固液相态转换实现热能吸收与释放的功能性材料,在特定温度区间内可为织物提供热缓冲功能,营造恒温微环境。
这类材料目前已应用于航天服、专业运动装备及医疗热敷产品等领域。
然而,传统相变纤维在实际应用中面临显著的技术瓶颈。
长期以来,相变纤维材料的研发陷入两难境地:提升储热性能往往导致机械强度下降,而增强材料韧性又会牺牲储热容量。
这种性能上的相互制约使得相变纤维难以满足现代纺织工业对材料加工性能的严格要求,严重制约了其在可穿戴设备领域的规模化推广。
此外,传统相变材料在反复使用过程中容易出现相变物质泄漏、功能衰减等问题,进一步限制了其商业化应用前景。
针对上述技术难题,北京大学材料科学与工程学院邹如强教授带领的研究团队提出了创新性解决方案。
团队采用微量碳纳米管与三维高分子网络相结合的复合策略,在纳米尺度上对材料微观结构进行精准设计与调控。
据邹如强介绍,该技术的核心在于构建一个集刚性支撑、高效热传导和弹性约束于一体的微观结构体系。
在熔融纺丝及后续拉伸工艺中,微量添加的碳纳米管显著增强了纤维的力学性能和热传导能力,有效提升了材料的储热密度。
同时,三维高分子网络在纳米层面形成稳固的笼状结构,将相变分子有效限域其中,确保材料在长期使用过程中保持形态稳定和功能持久。
实验数据表明,新型相变纤维在多项关键性能指标上实现了突破性进展。
材料储热效率突破99%,同时具备优异的韧性与强度,能够承受商用纺织设备的高速缝纫和裁剪操作。
更为重要的是,该材料的制备工艺与现有化纤工业生产体系高度兼容,为科研成果的产业化转化奠定了基础。
实际穿戴测试验证了新材料的应用价值。
在夏季户外高温环境中,相变调温材料表面温度明显低于普通聚酯纤维,温度波动更小,显著改善了人体皮肤的热舒适度。
在高温作业环境下,新材料同样展现出可靠的吸热缓冲与热防护性能,为特殊工作场景下的人员防护提供了新选择。
目前,研究团队正在推进技术优化和产品化工作,重点面向可穿戴医疗设备、智能运动服饰、航空航天舱内服装以及建筑节能织物等应用领域开展技术对接。
业内专家认为,这项成果不仅为调温纺织品产业注入了新动能,也为功能性材料的设计开发提供了新思路。
在全球竞相布局智能材料的背景下，我国科研团队此次突破标志着功能性纤维研发进入精准调控新阶段。
随着"双碳"战略深入推进，兼具节能特性与穿戴舒适性的智能调温材料，或将成为新材料产业跨越式发展的重要引擎，为高端装备制造、大健康产业提供关键技术支撑。