高溫?zé)o情，水凝膠有涼：
文章來源：賢集網(wǎng) 更新時(shí)間：2024-10-25 14:31:01
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在全球氣候變暖的大背景下，高溫天氣日益頻繁，給人們的生活和工作帶來了極大的挑戰(zhàn)。尤其是對(duì)于眾多戶外工作者來說，高溫環(huán)境下的工作不僅艱苦，還可能對(duì)身體健康造成嚴(yán)重威脅。傳統(tǒng)的降溫方式如空調(diào)在戶外環(huán)境中往往無法使用，而穿上淺色衣服、撐起遮陽傘等方法也難以應(yīng)對(duì)極端高溫。然而，中國科學(xué)院蘇州納米技術(shù)與納米仿生研究所科研人員的一項(xiàng)創(chuàng)新成果 —— 新型可穿戴降溫水凝膠，為戶外工作者帶來了福音。 一、高溫之困：戶外工作面臨的嚴(yán)峻挑戰(zhàn) 傳統(tǒng)降溫方式的局限性 在高溫天氣下，人們通常會(huì)采取一些傳統(tǒng)的降溫方式，如穿淺色衣服、撐遮陽傘等。然而，這些方法在極端高溫環(huán)境下的效果十分有限。淺色衣服雖然可以反射部分太陽光，但對(duì)于降低體感溫度的作用并不明顯。遮陽傘只能遮擋陽光直射，無法降低周圍環(huán)境的溫度。此外，空調(diào)等設(shè)備在戶外無法使用，使得戶外工作者在高溫環(huán)境下缺乏有效的降溫手段。 極端高溫對(duì)人體的危害 極端高溫環(huán)境會(huì)對(duì)人體健康造成嚴(yán)重危害。長(zhǎng)時(shí)間暴露在高溫下，人體容易出現(xiàn)中暑、脫水、熱衰竭等癥狀，甚至可能危及生命。對(duì)于戶外工作者來說，他們?cè)诟邷丨h(huán)境下工作的時(shí)間較長(zhǎng)，面臨的健康風(fēng)險(xiǎn)更大。因此，尋找一種有效的戶外降溫方法至關(guān)重要。 二、創(chuàng)新之路：新型水凝膠的研發(fā)歷程 靈感來源與設(shè)計(jì)理念 中國科學(xué)院蘇州納米技術(shù)與納米仿生研究所的科研人員針對(duì)極端環(huán)境熱防護(hù)問題，展開了深入的研究。他們從水的冷卻特性中獲得靈感，水具有高蒸發(fā)焓、相對(duì)較低的沸點(diǎn)以及綠色可再生的能力，被廣泛應(yīng)用于核反應(yīng)堆等各種高溫場(chǎng)景的冷卻中。然而，水在室溫下為液態(tài)，結(jié)成冰后密度高而易碎，難以作為紡織材料直接使用。科研人員通過在傳統(tǒng)水凝膠中引入超疏水的氣凝膠顆粒，再經(jīng)反復(fù)凍融操作，設(shè)計(jì)合成了一種輕質(zhì)的多級(jí)孔水凝膠。 技術(shù)突破與性能優(yōu)勢(shì) 這種新型水凝膠具有多級(jí)孔結(jié)構(gòu)，具備疏水、輕質(zhì)、強(qiáng)韌等特征。其內(nèi)部形成的多級(jí)孔結(jié)構(gòu)使得水在室溫條件下既能固定形狀，又有良好的柔韌性，實(shí)現(xiàn)了可穿戴降溫。同時(shí)，這種水凝膠兼具優(yōu)異的蒸發(fā)冷卻和輻射冷卻功能，二者的結(jié)合使其在炎炎夏日的太陽光直射下表面溫度可比環(huán)境溫度低 22.5°C，冷卻時(shí)間可長(zhǎng)達(dá) 15 小時(shí)。此外，它的力學(xué)性能良好，最薄能做到僅有 2 毫米，采用的所有原料都是工業(yè)化商品，制備方法簡(jiǎn)單，非常適合大規(guī)模生產(chǎn)。 三、“清涼神器”：新型水凝膠的性能特點(diǎn) 高效降溫性能 新型水凝膠的分級(jí)多孔結(jié)構(gòu)使其具備高效持久的蒸發(fā)冷卻能力，具有可調(diào)節(jié)的蒸發(fā)速率和蒸發(fā)焓。高含水量（80wt.%）且高孔隙率的多級(jí)孔水凝膠具有低密度、優(yōu)異的機(jī)械性能和高疏水性。在極端高溫下，它的冷卻效果尤為明顯，在氣溫高達(dá) 50℃的庫木塔格沙漠，能將 68°C 的沙子表面溫度降低近 30 度。此外，它還可以與棉織物結(jié)合制成背心，在一小時(shí)戶外陽光暴曬下比棉背心溫度低 2.8°C，且與皮膚間溫度始終維持在 36°C。 環(huán)境適應(yīng)性 新型水凝膠具有環(huán)境敏感性，根據(jù)環(huán)境的變化類型不同分為溫敏型、pH 型、鹽敏型、光敏型、電場(chǎng)感應(yīng)型、形狀記憶型和非離子型等。其中，溫敏型水凝膠作為原位的藥物傳遞較為有用，pH 型水凝膠指隨著環(huán)境 pH 的變化而發(fā)生變化。這種環(huán)境適應(yīng)性使得水凝膠在不同的應(yīng)用場(chǎng)景中具有更廣泛的適用性。 粘附性與生物相容性 水凝膠具有良好的粘附性，兩個(gè)生物體表面之間形成任何結(jié)合，或是一個(gè)生物體的表面與另外一個(gè)天然或合成材料表面的粘結(jié)的總稱。同時(shí)，水凝膠作為一種類似于生命組織的高分子材料，有良好的生物相溶性，不影響生命體的代謝過程，并且代謝產(chǎn)物可以通過水凝膠排出。這種特性使得水凝膠在創(chuàng)傷敷料、藥物載體和組織工程支架材料等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。 四、新型水凝膠的多領(lǐng)域應(yīng)用 創(chuàng)傷敷料領(lǐng)域 水凝膠作為創(chuàng)傷敷料具有許多優(yōu)勢(shì)。例如，干型紗布、濕型水凝膠和 PVP 水凝膠等都是類似于生命組織的高分子材料，有良好的生物相溶性，不影響生命體的代謝過程，并且代謝產(chǎn)物可以通過水凝膠排出。根據(jù)需要將不同藥物包埋在水凝膠內(nèi)，可緩慢持續(xù)釋放到病變區(qū)，從而達(dá)到治愈傷口或皮膚病的目的。 藥物載體領(lǐng)域 水凝膠在藥物載體方面也有著重要的應(yīng)用。藥物遞送是通過水凝膠的網(wǎng)格尺寸調(diào)控的。其中尺寸較小的藥物可以通過水凝膠快速擴(kuò)散；藥物尺寸接近于水凝膠網(wǎng)絡(luò)尺寸時(shí)，藥物遞送減慢；藥物尺寸較大時(shí)，基本是包埋于水凝膠網(wǎng)絡(luò)中。可分為三種釋放途徑：網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)降解釋放藥物、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)溶脹釋放藥物、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)機(jī)械形變釋放藥物。 組織工程支架材料領(lǐng)域 水凝膠作為組織工程支架材料，具有組織填充材料的特點(diǎn)，不吸收、不脫落、不碎裂，在彌散的環(huán)境下能很好保持水分，有較好的粘度、彈性和柔軟度，適合人體組織結(jié)構(gòu)。 保水抗旱領(lǐng)域 人工合成的水凝膠具有超強(qiáng)吸水和保水釋放能力，主要成分是聚丙烯酸鹽（鉀鹽）和聚丙烯酰胺共聚體。能迅速吸收比自身重量數(shù)百倍的脫離子水，數(shù)十倍至百倍的含鹽水分，控制土壤水分蒸發(fā)以滿足植物的生長(zhǎng)需要、促進(jìn)植物根系生長(zhǎng)發(fā)育，同時(shí)改善土壤結(jié)構(gòu)、增加土壤活性，減少土壤板結(jié)等。 五、未來展望 新型可穿戴降溫水凝膠的研發(fā)成功，為戶外工作者提供了一種有效的降溫手段，也為解決高溫環(huán)境下的諸多問題帶來了新的希望。未來，隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步和應(yīng)用領(lǐng)域的不斷拓展，水凝膠有望在更多領(lǐng)域發(fā)揮重要作用。例如，在智能穿戴設(shè)備領(lǐng)域，水凝膠可以與傳感器等結(jié)合，實(shí)現(xiàn)對(duì)人體健康狀況的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和調(diào)節(jié)。在環(huán)境保護(hù)領(lǐng)域，水凝膠可以用于吸附污染物、凈化水源等。同時(shí)，科研人員還可以進(jìn)一步優(yōu)化水凝膠的性能，提高其降溫效果、環(huán)境適應(yīng)性和生物相容性，為人類的生活和發(fā)展做出更大的貢獻(xiàn)。 總之，新型水凝膠以其輕質(zhì)強(qiáng)韌、持久降溫的特點(diǎn)，為戶外工作者帶來了福音。它的研發(fā)成功不僅是科技創(chuàng)新的成果，更是對(duì)人類在極端環(huán)境下生存和發(fā)展的重要貢獻(xiàn)。 原文鏈接：https://www.xianjichina.com/special/detail_560304.html 來源：賢集網(wǎng) 著作權(quán)歸作者所有。商業(yè)轉(zhuǎn)載請(qǐng)聯(lián)系作者獲得授權(quán)，非商業(yè)轉(zhuǎn)載請(qǐng)注明出處。 |
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