运动完要穿衣服吗

在美国情景喜剧《生活大爆炸》第一季中，有这样一个场景:实验物理学家伦纳德第一次和漂亮的邻居佩妮约会，但在出门前，他紧张得惊恐发作，衬衫被汗水打湿，十分滑稽。当他站在室友谢尔顿面前问自己:“你看起来怎么样？”情商低的谢尔顿直言“腋下出汗不要太明显！”

这种汗渍导致的尴尬情况在生活中并不少见，尤其是在大热天或者大量运动之后。据统计，在炎热的天气里，普通人运动30分钟可出汗3升/小时，而专业运动员跑完一场马拉松可出汗3.4升~ 6升。在夏威夷举行的铁人世界锦标赛中，一些参赛者已经积累了15升汗水。

运动时出汗确实让人感觉无忧无虑，但一旦汗液的蒸发率低于分泌率，汗液就会大量堆积，像伦纳德那样在腋下等敏感部位形成明显的汗渍就很尴尬了；而且，贴身的衣服、鞋袜会受潮，紧紧贴在皮肤上，不仅会引起身体不适，还会给身体带来潜在的伤害。

“腋下出汗会形成高湿度环境，促进细菌滋生，产生难闻的狐臭。同样，鞋子里的汗水积累也可能导致健康问题，如水泡、老茧和真菌感染，也就是俗称的脚气病。”新加坡国立大学材料科学与工程系助理教授Tan Swee Ching说。

那么，有没有一款产品可以做到大量且快速地吸收汗水蒸发出的水分，防止汗水堆积，让人们真正能兼得“鱼与熊掌”，实现运动也凉爽呢？

基于Co-SHM设计的鞋内衬和鞋垫那么，有没有一种产品可以大量快速的吸收汗液蒸发的水分，防止汗液堆积，让人们真正做到“鱼和熊掌”兼得，实现清凉运动呢？基于Co-SHM设计的鞋内衬和鞋垫

历时半年多，陈瑞深与该校丁军教授领导的团队成功制备出一种具有超强亲湿性能的钴络合物薄膜（Co-SHM），并将这种薄膜包裹在防水透气的聚四氟乙烯膜（PTFE）中组装成一款吸湿产品。

相关论文经过半年多的时间，陈和该校丁军教授带领的团队成功制备了一种具有超强吸湿性的钴络合物薄膜(Co-SHM)，并将这种薄膜包裹在防水透气的聚四氟乙烯薄膜(PTFE)中组装成一种吸湿性产品。相关论文

一方面，该产品可用作腋下垫、鞋里、鞋垫，能快速吸收汗液蒸发的水分，防止汗液堆积，为人们提供一个干燥的“小气候”。同时还能加速汗液蒸发，降低皮肤表面温度，使人感到凉爽。另一方面也可以组装成可穿戴设备的能源装置，通过吸收汗水蒸发的水分来发电。

该研究成果于2020年发表在《纳米能源》杂志上，标题为“用于可穿戴设备的超吸湿薄膜，具有加速汗液蒸发和能量收集的双重功能”。其他小组成员包括、杨和拉马丹·博莱耶克博士。新型吸水膜的吸水量是传统材料的15倍。

而传统的吸湿材料如沸石、硅胶等，由于吸湿动力学差、吸水率低、结构松散等问题，很难用于吸汗装置。

为突破传统材料的局限，陈瑞深团队研究了不同过渡金属盐的吸湿行为，并最终选择将CoCl2和乙醇胺进行结合，从而开发了钴络合物基超吸湿材料（Co-SHM）。

水蒸气吸收/解吸过程示意图为了突破传统材料的局限性，陈团队研究了不同过渡金属盐的吸湿行为，最终选择将CoCl2 _ 2与乙醇胺结合，从而开发出钴配合物基超吸湿材料(Co-SHM)。水蒸气吸收/解吸过程示意图

第一排：陈瑞深（左），丁军（右）;第二排：杨佳辰（左），张雪萍（中），Ramadan Borayek（右）SHM薄膜，具有显著增强的吸湿性能。第一排:陈(左)、丁军(右)；第二排:杨·(左)、(中)和拉马丹·博莱耶克(右)的SHM薄膜具有显著增强的吸湿性。

其中氯化钴是典型的吸湿性金属盐，这种钴离子很容易与配体结合形成配合物。乙醇胺是一种广泛使用的配体，它可以与金属盐形成络合物，并且它也是吸湿性的。因此，通过合理的设计，由这两种原料共同制备了一种新材料。在实验过程中，研究小组发现，在24.5摄氏度的室温和71%RH的相对湿度下，水蒸气在击中Co-SHM薄膜后不久就被“捕获”。15分钟后，在Co-SHM薄膜表面可以观察到明显的小液滴，然后液滴逐渐变大，30分钟后聚集成更大的液滴。

随着时间的推移，Co-SHM膜变得完全湿润，24小时后形成连续的水膜。有趣的是，在吸收水蒸气的过程中，可以观察到薄膜明显的颜色变化——由蓝色逐渐变为紫色，最后变为粉红色，这表明Co-SHM薄膜也可以作为吸水程度的指标。

“与日常生活中常用的吸湿产品如硅胶、分子筛相比，我们制备的材料吸湿能力明显增强，饱和吸水量是它们的15倍左右，吸收速度非常快，是硅胶等的6倍左右。”陈介绍。

Co-SHM除了吸湿性明显增强外，在太阳光照射或加热到60摄氏度时，还能释放出吸收的水分，实现了材料的循环利用。与其他吸湿材料相比，Co-SHM无疑具有更高的能效。此外，Co-SHM在超过100次吸收/解吸循环后仍保持优异的稳定性和耐久性，并且在每次循环后只有约2%的水不能完全解吸。

陈说，与其他吸湿材料相比，Co-SHM薄膜制备简单，易于再生，重复使用后性能基本保持不变，可大大简化产品制备工艺，降低生产成本。这些优点使其成为水蒸气吸收剂最有前途的候选材料之一。CO-SHM用于制备功能性可穿戴设备以加速汗液蒸发。

腋窝垫的配置示意图腋下垫配置示意图

因此，他们将Co-SHM薄膜与透气防水的PTFE薄膜组装在一起，然后设计制造出柔软的腋窝垫、鞋衬、鞋垫等功能性可穿戴产品。

其中，基于Co-SHM设计的腋窝垫，尺寸为15×15cm。PTFE膜具有优异的水蒸气渗透性，可以及时将汗水蒸发的水分输送到Co-SHM膜中完成水分吸收，这样一来，就显著加快了汗水的蒸发速度，有助于腋下保持干燥舒适。

基于Co-SHM的内衬和鞋垫配置示意图其中，基于Co-SHM设计的腋窝垫尺寸为15×15cm。PTFE膜具有优异的水蒸气透过性，可以将汗液蒸发的水分及时输送到Co-SHM膜上完成吸水。这样一来，汗液蒸发速度明显加快，有助于保持腋下干爽舒适。基于Co-SHM的内衬和鞋垫配置示意图

可穿戴能量收集装置（WEHD）工作原理示意图可穿戴式能量采集装置(WEHD)工作原理示意图

此外，该防水膜可以有效地防止形成的液态水和水性Co-SHM膜的泄漏。研究人员将腋下垫放在t恤的左腋下，在周围环境(新加坡，温度34摄氏度，湿度80%RH)中行走30分钟。结果显示，没有腋下垫的t恤右腋下有明显的汗渍，而有腋下垫的t恤左腋下则完全干燥。

同样，这种吸湿材料也可以放在鞋子里，用作鞋衬或鞋垫，快速吸收双脚排出的汗液，使鞋内环境更加干燥，人可以更大程度地摆脱细菌或真菌感染的可能性。

为此，陈的团队提供了两种制备策略:一种是通过改变聚四氟乙烯薄膜的形状，在腋窝垫的基础上制作鞋内衬。Co-SHM膜和PTFE膜组成的鞋内衬具有防水性(既能防止外部湿气进入，又能防止内部湿气泄漏)，还具有透湿和吸收功能，从而抑制细菌的生长。这种衬里还可以与其他织物或皮革粘合，因此可广泛用于军鞋、运动鞋、时装鞋等产品。

除鞋衬之外，他们还采用3D打印技术制作了包含三层的鞋垫模型，中部和底部尺寸为11×4厘米，该鞋垫底层由Co-SHM薄膜和支撑物构成;中间层为固体覆盖层，上面有许多小孔供湿气通过，而上层则是防止脚底与CoSHM直接接触，提高安全性的透湿防水膜。实验最终也证明了基于Co-SHM的內衬和鞋垫，可以快速有效地吸收汗液蒸发中的水分。

陈瑞深除了鞋内衬，他们还利用3D打印技术制作了一个三层鞋垫模型，中底尺寸为11×4 cm。鞋垫底层由Co-SHM薄膜和支架组成；中间层是固体覆盖层，有很多孔让湿气通过，上层是透湿防水膜，防止脚掌直接接触CoSHM，提高安全性。最后，实验还证明了基于Co-SHM的内衬和鞋垫能够快速有效地吸收汗液蒸发中的水分。陈

陈瑞指出，在实际应用中，可以通过改变Co-SHM的用量来获得长期的吸湿效果。而且由于鞋垫吸水后会出现明显的颜色变化，从蓝色到紫色再到粉红色，人们很容易判断鞋垫是否需要更换。当人们不穿这些鞋时，鞋内的衬里和鞋垫可以帮助保持鞋内相对较低的湿度(约63.8%)，可以防止发霉。

使用过的鞋垫在自然光下照射20分钟就可以基本干燥再利用，可以大大提高产品的使用效率，降低其成本。可穿戴式汗水发电能量收集装置的研发。

陈瑞说，随着科技的发展，可穿戴电子设备，如手环和其他传感器，在人们的日常生活中应用越来越广泛。如何为设备提供可持续的电力逐渐成为研究的重点，在某种程度上，这也成为阻碍可穿戴设备进一步发展的关键因素之一。

因此，在利用Co-SHM实现了高效吸收汗液蒸发的水分的目标后，他们又向前迈进了一步——开发了一种可穿戴式能量收集装置(WEHD)，可以将汗液蒸发的水分转化为能量。

WEHD由八个串联的电化学电池组成，使用Co-SHM作为电解质。在吸湿条件下，每个EC可以提供高达0.57V的开路电压(VOC)，WEHD收集的所有能量足以为一个发光二极管(LED)供电。

据介绍，该装置的制备工艺非常简单，整个装置成本非常低，可以大大降低可穿戴电子设备的生产成本，同时完全实现汗液的回收再利用。

作为这项研究的负责人之一，陈毕业于新加坡国立大学物理学院，获得剑桥大学电子工程学院学士和博士学位，后赴麻省理工学院进行博士后研究，后就职于新加坡国立大学材料科学与工程学院。主要从事大气水收集、海水淡化和基于蛋白质的太阳能电池的研究。近年来，作为第一作者和通讯作者在Joule、Nat.Commun、Energy Environ.Sci .等学术期刊发表论文50余篇，获得多项发明专利。

之后，他和他的团队开始致力于空气采水技术的研究。他说，吸收汗液蒸发的水的原理和从空气体中提取水的原理基本相似，所以这项研究相当于适当扩展了空气体的集水技术，可以更直接地解决当前的问题。随着材料的不断优化，他们希望与该公司合作，共同设计功能性的衣服和鞋子以及新型可穿戴电子设备。

2018年，其团队开发了一种专有的水凝胶材料，可以降低体感温度7 ~ 9摄氏度。此后，他们又相继制备了高吸水性钴配合物薄膜Co-SHM等多种实用材料。2019年，陈创办超干私人有限公司。Ltd，目的是让这些研究成果走出实验室，成为真正的产品，从而给人们的生活带来实实在在的改变。

“未来，我们也将继续坚持基础研究与实际应用相结合的发展思路，将研究成果转化为真正能为人服务的产品。”陈对说:(摘自深度科技)(编辑/Noik)