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香港理工大學(xué)陶肖明教授團隊 Adv. Sci.：一種高效傳熱、輕便、衛(wèi)生用于運功恢復(fù)的可穿戴流體織物
2025-01-14  來源：高分子科技

  快速溫度交替療法是一種有效加速運功恢復(fù)的物理治療方法，身體通過交替暴露于熱和冷的溫度來促進血液循環(huán)，幫助氧氣和營養(yǎng)物質(zhì)的輸送，以及代謝廢物的排除。因冷導(dǎo)致血管收縮，從而減少炎癥和麻木疼痛；通過血管因熱擴張，導(dǎo)致血管擴張，增加局部血流，有助于放松肌肉和緩解僵硬。另外，快速溫度交替可以幫助干擾向大腦傳遞的疼痛信號，從而提供暫時的疼痛緩解。這種療法通常將治療部位快速交替浸入冷水和熱水中進行 （圖1A）。然而，由于高水耗、設(shè)備體積龐大以及個人衛(wèi)生等問題，該方法雖然有效，但在運動訓(xùn)練或比賽場地的廣泛應(yīng)用受到限制。


  近日，香港理工大學(xué)智能可穿戴系統(tǒng)研究院陶肖明教授團隊研發(fā)了一套新型便攜的可穿戴系統(tǒng)，經(jīng)使用首次實現(xiàn)快速冷熱交替療法，取代了浸水方式。如圖1B和1C所示，其關(guān)鍵部件之一是高效傳熱、輕便、衛(wèi)生的可穿戴流體織物。其核心層是由雙層尼龍復(fù)合織物構(gòu)成的柔性傳熱面板（FHTP），內(nèi)含經(jīng)流場分析設(shè)計的網(wǎng)絡(luò)水流通道。如圖1D所示，可實現(xiàn)在高通量下冷熱模式（5℃至40℃）之間完成快速切換。研究成果之一為流體織物面外傳熱機理和性能，最近發(fā)表在Advanced Science上。其它內(nèi)容如織物內(nèi)部流場的設(shè)計、分析、優(yōu)化，將陸續(xù)發(fā)表。


  與常規(guī)剛性傳熱面板不同，織物柔性板需考慮壓力下變形導(dǎo)致的與皮膚接觸條件（接觸壓力和接觸面積比例）的變化（圖1E），從而建立可變形織物傳熱模型并經(jīng)過實驗驗證（圖1F）。依據(jù)此模型，定量分析了影響該系統(tǒng)傳熱的主要因素。如圖1G所示，經(jīng)參數(shù)優(yōu)化制備的流體織物與大腿之間的傳熱系數(shù)達到98.5 W m-2 K-1，相當于人體在10 ℃冷水浸泡時傳熱系數(shù)的92 %。顯著高于先前報道的各類水冷服（13至37 W m-2 K-1）。目前文中所述可穿戴系統(tǒng)已經(jīng)在香港體育運動員訓(xùn)練中開始獲得使用。


圖1 COOLWEAR系統(tǒng)工作原理和流體織物的示意圖，FHTP的快速冷熱切換模式，以及優(yōu)化后的流體織物與皮膚之間的傳熱表現(xiàn)


  這種先進的流體織物在其他領(lǐng)域也具有廣泛的應(yīng)用潛力，例如在極端環(huán)境中提高熱舒適性（如個人熱管理系統(tǒng)和防火服）、康復(fù)和醫(yī)療中的冷療和熱療，以及在虛擬現(xiàn)實中模擬觸覺感受等。


  該工作在Advanced Science發(fā)表, 第一作者是博士生楊靖。


  原文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/advs.202411691?af=R


  下載：Wearable Fluidic Fabric with Excellent Heat Transfer Performance for Sports Recovery

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（責任編輯：xu）
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