現(xiàn)代纖維技術(shù)日益要求材料具備卓越的機(jī)械性能、多功能性和智能性,以推動(dòng)沖擊防護(hù)裝備、可穿戴電子設(shè)備和人工肌肉等新興應(yīng)用的發(fā)展。然而,商業(yè)高性能纖維雖然強(qiáng)度和模量高,卻因缺乏延性組分而延伸性有限,導(dǎo)致韌性不足,限制了其在防護(hù)應(yīng)用中的能量吸收能力。天然蜘蛛絲獨(dú)樹(shù)一幟,將高韌性、高強(qiáng)度、延展性和彈性恢復(fù)完美結(jié)合,同時(shí)還表現(xiàn)出智能行為,如濕度驅(qū)動(dòng)的超收縮。盡管人工仿蜘蛛絲材料研究已取得進(jìn)展,但通過(guò)可擴(kuò)展的纖維制造工藝復(fù)制蜘蛛絲的精妙結(jié)構(gòu)和性能,仍是一個(gè)巨大挑戰(zhàn)。
近日,蘇州大學(xué)汪曉巧教授課題組提出了一種新策略,通過(guò)濕法紡絲結(jié)合后拉伸工藝,定制化制備出具有蜘蛛絲樣結(jié)構(gòu)和性能的聚丙烯酸鈉-聚丙烯酰胺復(fù)合水凝膠纖維。該過(guò)程通過(guò)反溶劑誘導(dǎo)相分離調(diào)控復(fù)合聚合物微相,形成富含氫鍵納米團(tuán)簇的初生纖維;隨后通過(guò)應(yīng)變編程實(shí)現(xiàn)單軸聚合物排列和可控結(jié)晶。優(yōu)化后的纖維呈現(xiàn)出排列的微纖維、被聚合物稀疏區(qū)域包圍的剛性納米團(tuán)簇以及類β-片層晶體,高度模擬了天然蜘蛛絲的多級(jí)結(jié)構(gòu)。最終,該復(fù)合纖維實(shí)現(xiàn)了全面的蜘蛛絲樣性能,包括高達(dá)118.7 MJ m?3的韌性、172.3 MPa的拉伸強(qiáng)度、50%的彈性應(yīng)變恢復(fù)、96%的阻尼效率、60%的超收縮以及濕度敏感性,為高性能智能纖維的制造開(kāi)辟了新路徑。相關(guān)論文以“Controlled microphase separation and strain programming in hydrogel fibers toward biomimetic architectures and properties”為題,發(fā)表在Nature Communications上。
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