新復合薄膜可以將熱指數(shù)或“體感溫度”降低約40%。

▲該研究小組成員包括陳瑞深助理教授(右前)、博士生楊佳辰(右三)以及內政科技局的研究人員。

近期，新加坡國立大學的研究團隊開發(fā)了一種新型超吸濕材料，可以加速防護服內的汗液蒸發(fā)，為醫(yī)護人員和其他前線工作者等用戶創(chuàng)造更舒適的人體降溫效果。該團隊通過與新加坡內政科技局研究人員合作展開的實驗室測試，證明了此項發(fā)明的有效性。

這項新型吸濕膜具有吸收速度快、吸收能力強、機械性能優(yōu)良、生物相容性好、無毒等優(yōu)點。這也意味著該材料非常堅固耐用，適用于如醫(yī)護人員穿的防護服等實際應用。此外，它的價格低廉，重量輕，同時也易于制造和重復使用。

帶領該研究團隊的其中一人，是新加坡國立大學設計與工程學院材料科學與工程系助理教授陳瑞深(Tan Swee Ching)，他解釋道：“在35攝氏度的室溫下，穿上防護服并工作一小時的醫(yī)護人員，通常會感受到大約64攝氏度的體感溫度，這會導致他們身體不適和熱應變延長，終可能引發(fā)中暑甚至死亡。而我們的新型復合吸濕膜可以通過加速皮膚的汗液蒸發(fā)來達到蒸發(fā)冷卻，從而在防護服內實現(xiàn)了降溫效果。”

在防護服內貼上一塊新型復合薄膜——例如貼在防護服的背面——可以將熱指數(shù)降低約40%，極大降低中暑的可能性。

這項發(fā)明于2022年2月20日發(fā)表在知名納米材料期刊《Small》上。

▲該吸濕膜不僅具有吸濕速度快、吸濕能力強、機械性能優(yōu)良等特點，還具備價格低廉、重量輕、易于制造、可重復使用、生物相容性較好以及無毒的優(yōu)勢。

這一突破性研究體現(xiàn)出——新加坡國立大學和內政科技局之間的互補優(yōu)勢為內政部[1]和更廣泛的社區(qū)創(chuàng)造了切實利益的積極成果。通過結合新加坡國立大學團隊在先進水凝膠材料方面的科學知識，以及內政科技局對內政部需求和工程能力的深刻理解，聯(lián)合研究團隊基于實際應用為前線醫(yī)護人員設計和優(yōu)化新型吸濕材料，以此提升他們的工作表現(xiàn)和生產力。

醫(yī)用防護服具有優(yōu)良的和防水性能。然而，這種程度的保護會阻礙汗液蒸發(fā)產生的水氣排出以及體內熱量流失。這也就是為什么像醫(yī)療工作者這樣需要長時間穿防護服的人，特別是在熱帶環(huán)境中，經常出現(xiàn)職業(yè)性熱應變癥狀。

為了解決這一問題，現(xiàn)有的熱管理解決方案，如帶電風扇的風冷服裝或攝入冰漿等，都有著體積大、笨重和有效性受限等局限性，所以都很不切實際。此外，雖然先進的紡織品和涂料是很有希望實現(xiàn)的解決方案，但它們制造難度高，而且生產成本也很昂貴。

因此，新加坡國立大學的研究團隊提出了一種實用策略——利用蒸發(fā)冷卻原理來應對當前的挑戰(zhàn)。他們的解決方案包括使用超吸濕復合膜來控制防護服微環(huán)境內的濕度水平。當吸濕復合膜吸收防護服內的水蒸氣時，濕度水平將下降，這反過來又加快了皮膚上的汗液蒸發(fā)。終，更多的熱量將通過出汗的方式從人體內散發(fā)出去，從而為醫(yī)療工作者等用戶提供熱舒適。

▲通過將這種新型吸濕膜附在防護服內，可以將熱指數(shù)降低約40%，極大降低中暑的可能性。

為了檢驗他們的方案有效性，新加坡國立大學的團隊與內政科技局的研究人員合作進行了測試：他們在人工氣候室內借助一個有20個獨立發(fā)熱區(qū)的“Newton”人體模型，來模擬人體的新陳代謝熱量和汗液排出水平。這一測試是評估將復合薄膜應用于全身服裝規(guī)模可行性的一個重要實驗里程碑。

在使用復合膜的情況下，適度出汗條件下的相對濕度下降了約40%——出汗1小時后的相對濕度由91%降至48.2%，出汗2小時后的相對濕度則降至53.2%。研究團隊還發(fā)現(xiàn)，在出汗的小時內，熱指數(shù)或體感溫度在35攝氏度的室溫下，從64.6攝氏度顯著下降到40攝氏度。在這一水平上，雖然用戶仍會感到炎熱，但極大降低了他們發(fā)生中暑、熱痙攣和熱衰竭的可能性。

陳瑞深教授解釋道：“這些實驗表明，我們的吸濕膜能有效降低防護服內的相對濕度，從而極大降低熱指數(shù)，提升使用者的熱舒適感?！?/p>

在另一項實驗室實驗中，研究團隊通過蒸發(fā)冷卻將體溫(或表皮溫度)大大降低了1.5攝氏度。這進一步證明，復合薄膜可以潛在幫助用戶緩解熱壓力，尤其是在他們進行劇烈活動時，如醫(yī)療工作者、士兵或消防員等。

同樣值得關注的是，該復合膜的再生環(huán)節(jié)也更節(jié)能，因為它需要在較低的溫度下釋放滯留的水分。在50攝氏度下，復合膜能在10分鐘后釋放80%的水分，40分鐘后達到95%。而大多數(shù)吸濕材料需要在超過100攝氏度的溫度下，花費一個多小時才能完成再生。

“根據(jù)該項目的各種研究結果，我們希望能將吸濕膜運用到內政部人員的個人防護裝備(PPE)及/或個人防護服(PPC)中，來改善前線人員的熱舒適感及工作表現(xiàn)?！眱日萍季秩藶橐蛩嘏c專業(yè)模擬中心主任Ying Meng Fai說道。

在受到研究成果的鼓舞下，新加坡國立大學的研究團隊正在努力改進吸濕材料，使其吸收得更多、更快。該團隊還打算將他們的降溫策略應用于其他類型的防護服，如消防員的防護服。

除此之外，陳瑞深教授和他的團隊正在尋求將這項技術商業(yè)化的機會。