【集萃網(wǎng)觀察】
6月4日，神舟十五號(hào)飛船凱旋歸來(lái)！當(dāng)飛船著陸到地面以后，地面的搜救隊(duì)伍也在現(xiàn)場(chǎng)展開了工作，比如說對(duì)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(xiàng)外，神舟十五號(hào)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(lái)已經(jīng)“面目全非”，飛船在返回地球時(shí)到底經(jīng)歷了什么？返回艙外部的材料有何奧秘？我國(guó)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(shí)非常的干凈、整潔，但是去太空飛行一段時(shí)間返回地球時(shí)，飛船的外部就變成了“黑不溜秋”的樣子。之前神舟十三號(hào)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(shí)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(xiǎn)。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(huì)把返回艙燒壞，返回艙的內(nèi)部溫度很舒適，不會(huì)威脅到航天員的安全，也不會(huì)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(shí)，高溫灼燒時(shí)間超過6分鐘，綜合熱量達(dá)到每平方米12萬(wàn)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(guó)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(duì)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(huì)溫暖如春，保證在25℃左右，不過該材料在分解過程中會(huì)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(shí)期，我國(guó)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(yáng)能熱管理織物
提高能量利用效率
分子太陽(yáng)能儲(chǔ)能材料（MOST）能夠有效捕捉太陽(yáng)能，通過分子異構(gòu)將能量?jī)?chǔ)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(yáng)能吸收、轉(zhuǎn)化、儲(chǔ)存以及釋放為一體的特性受到廣泛關(guān)注，尤其是在個(gè)人熱管理領(lǐng)域。但由于分子太陽(yáng)能儲(chǔ)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(chǔ)能織物上的應(yīng)用。
針對(duì)上述問題，江南大學(xué)及上海交通大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)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(chǔ)能時(shí)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(yáng)光譜照射會(huì)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(huì)產(chǎn)生泄露的問題，同時(shí)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(chǔ)能織物仍具備高效太陽(yáng)能儲(chǔ)能密度。
相較于供暖、通風(fēng)和空調(diào)等對(duì)環(huán)境溫度調(diào)控方法，高效耐久型分子太陽(yáng)能熱管理織物提高了能量的利用效率，并以太陽(yáng)能作為能量源，緩解化石燃料消耗帶來(lái)的碳排放以及污染問題，也為構(gòu)建集太陽(yáng)能吸收、轉(zhuǎn)化、儲(chǔ)存以及可控釋放為一體的光儲(chǔ)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(dòng)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(bào)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(shí)間過長(zhǎng)制約了其應(yīng)用。
近期，東華大學(xué)張青紅/侯成義團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)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(jià)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(duì)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(dòng)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(rùn)親膚和高溫下堅(jiān)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(dòng)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(chǔ)熱相變無(wú)紡布
據(jù)報(bào)道，中科院大連化學(xué)物理研究所研究員史全團(tuán)隊(duì)、吳忠?guī)泩F(tuán)隊(duì)和澳大利亞迪肯大學(xué)教授陳英團(tuán)隊(duì)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(duì)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(wú)紡布，具有優(yōu)異的柔韌性、儲(chǔ)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(chǔ)能材料能夠在相對(duì)恒定的溫度下吸收和釋放大量相變潛熱，可作為熱能儲(chǔ)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(chǔ)能密度，史全團(tuán)隊(duì)利用吳忠?guī)泩F(tuán)隊(duì)的石墨烯三維多孔組裝體的制備技術(shù)，以及陳英團(tuán)隊(duì)在氮化硼納米片制備領(lǐng)域的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，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(wú)紡布的通用策略。該相變無(wú)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(bào)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(xiàng)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(jiǎn)單設(shè)計(jì)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(zhǎng)度直接相關(guān)，因此可根據(jù)應(yīng)用情況對(duì)管道進(jìn)行切割，從而在優(yōu)化性能的同時(shí)將重量降至最低。堅(jiān)固的設(shè)計(jì)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(lái)為柔軟的外骨骼提供動(dòng)力，幫助患者移動(dòng)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(lái)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(shí)溫度的變化。
來(lái)源：中國(guó)產(chǎn)業(yè)用紡織品行業(yè)協(xié)會(huì)
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