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香港理工大學陶肖明教授團隊 Adv. Sci.：一種高效傳熱、輕便、衛生用于運功恢復的可穿戴流體織物

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，幫助氧氣和營養物質的輸送，以及代謝廢物的排除。因冷導致血管收縮，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、設備體積龐大以及個人衛生等問題，該方法雖然有效，但在運動訓練或比賽場地的廣泛應用受到限制。

近日，香港理工大學智能可穿戴系統研究院陶肖明教授團隊研發了一套新型便攜的可穿戴系統，經使用首次實現快速冷熱交替療法，取代了浸水方式。如圖1B和1C所示，其關鍵部件之一是高效傳熱、輕便、衛生的可穿戴流體織物。其核心層是由雙層尼龍復合織物構成的柔性傳熱面板（FHTP），內含經流場分析設計的網絡水流通道。如圖1D所示，可實現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，最近發表在Advanced Science上。其它內容如織物內部流場的設計、分析、優化，將陸續發表。

與常規剛性傳熱面板不同，織物柔性板需考慮壓力下變形導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過實驗驗證（圖1F）。依據此模型，定量分析了影響該系統傳熱的主要因素。如圖1G所示，經參數優化制備的流體織物與大腿之間的傳熱系數達到98.5 W m^-2 K^-1，相當于人體在10 ℃冷水浸泡時傳熱系數的92 %。顯著高于先前報道的各類水冷服（13至37 W m^-2K^-1）。目前文中所述可穿戴系統已經在香港體育運動員訓練中開始獲得使用。

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

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

該工作在Advanced Science發表, 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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