软功能纤维的仿生纺丝方法

仿生纺丝新方法：室温制备可拉伸导电纤维，用于智能传感纺织品

软纤维可用于制造智能纺织品，应用于能源、传感和治疗等领域。然而，与二维薄膜和三维单体的制造相比，功能纤维的制造更为困难，现有方法通常需要高温、大量溶剂或复杂的系统。

近期，有研究团队报道了一种制造功能纤维的纺丝方法，该方法主要基于自发相分离，并受到蜘蛛吐丝过程的启发。研究人员制备了聚合物和银离子的纺丝溶液，模拟丝绸纺丝过程，该溶液与银配位络合物和原位还原的银纳米颗粒形成弹性超分子网络。相关成果刊发于学术期刊。

纤维性能

由此产生的纤维具有可拉伸性（>500%应变）、机械强度（拉伸强度>6 MPa）和导电性（电导率1.82 S·m⁻¹）。它们可用于机械和热刺激的多模态传感，并且可以通过溶解在特定溶剂中进行回收，从而潜在地产生新的纺丝涂料。

应用实例

通过将纤维缝制成可以区分各种手势以及冷热物体的针织手套，以及可以监测呼吸模式的面罩，展示了纤维在纺织电子产品中的潜力。

技术原理

通过设计包含配位复合物的超分子网络结构并利用非溶剂蒸气诱导相分离（NVIPS）效应，该纺丝方法可用于在环境条件下一步制造柔软的功能纤维。与其他纤维纺丝方法相比，该方法具有更低的能耗，并且使用的有机溶剂量更少。

可纺性（形成纤维的趋势）高度依赖于纺丝涂料的性质，例如其聚合物浓度和分子链网络的结构。在制备纺丝涂料时，将聚合物和硝酸银（提供银离子）溶解在溶剂中，然后在室温下固化以产生可纺的凝胶涂料。银离子的加入可形成一个强大的动态超分子网络。虽然仅由聚合物分子组成的网络很容易被破坏，但具有银配位配合物的网络在轴向拉伸过程中会不断变形。金属基络合物通常用于改善聚合物材料的机械性能，包括强度和韧性，在胶体尺度上稳定网络并使纤维具有导电性。

纤维形成机理

由于弹性和动态超分子网络，凝胶涂料在环境条件下的机械拉伸过程中不会出现毛细管不稳定或内聚破坏，这意味着它具有优异的环境条件可纺性。在纺丝方法中，从前体凝胶纤维到固体纤维的形态演变，是由NVIPS效应引起的。

简言之，纺丝过程中有三个阶段相互竞争，是在环境条件下触发纤维形成过程的关键：由混溶性控制的水向内吸附（与溶剂相关）；由溶解度控制的溶质向内收缩；由浓度梯度控制的溶剂向外扩散。