浙大许震副教授《Matter》：序列编码超结构纤维！

从古至今，人类历史文明的演变与纤维材料息息相关。作为织物、生物组织及一些功能材料的最基本单元，纤维组装体从最初的御寒保暖功能逐渐过渡到智能材料，极大丰富了人类生活的多样性。然而，传统纤维由于在长度方向（轴向）上具有均一的组成与性质，只能实现单一功能，已逐渐难以满足人类需求。如果能够将多种异质组分引入单根纤维中，则可以打破纤维轴向对称性，充分利用纤维长度优势，在其各向异性的轴向引入人为设计的超结构，实现各种所需性能集成。目前，自然界中尚未存在具有轴向异质超结构的纤维材料。

最近，浙江大学高分子系许震副教授团队提出了一种“序列微流控纺丝”策略，实现了纤维轴向异质超结构的设计，从而制备了具有轴向可编程性能的超纤维。区别于传统均质纤维，这种超纤维具有对称性破缺，纤维性能在轴向方向可进行编程与集成。通过将微流控芯片与程序控制的电磁阀进行联用，可以实现纤维超结构序列参数的精确调控。进一步地，通过更改超结构的组成，实现了多形貌、多材料及多功能超纤维的设计与制备，极大地丰富了纤维材料的种类与功能。此外，由于结构设计的多元化，可将具有明显差异性能的纤维序列作为超结构引入到纤维轴向中，设计制备具有轴向非对称性的力学、电学、磁学及电热超结构纤维，为新型纤维材料的设计与制备提供了新思路。该研究成果于近日以“Sequence spinning axially encoded metafibers”为题发表在国际顶级期刊《Matter》上，该论文第一作者为浙江大学高分子科学与工程学系在读博士生马静雨。

【本文要点】

1.本文提出了一种新型的超材料纤维概念，区别于传统均质纤维材料，其具有轴向可编程的超结构单元，组成成分与功能沿纤维长轴连续变化。是一种新的超材料纤维表现形式。

2.通过建立序列编码超纤维的数学模型，实现纤维超结构序列设计的精确制备。通过建立纤维轴向序列组成与投料时间关系，使用电脑程序控制电磁阀进行精准投料，让不同组分纺丝液按照所需顺序在微流控芯片中汇聚成连续纤维序列。通过控制投料时间，实现了序列超结构的长度与比例的精确控制。由于该制备过程由程序控制，可实现超纤维连续化制备。

3.由于湿法纺丝体系的优越性，编码超结构种类与材料选择范围非常宽广，可实现多形貌、多材料及多功能序列编码纤维的设计与制备。本文探索了10余种多材料超纤维，实现了将多种不同材料集成到单根纤维之中。此外，通过引入不同功能嵌段，也可将具有明显差异性能的序列超结构进行组合，制备得到具有特殊性能的力学、电学、磁学及光热超纤维材料。为新型纤维材料的设计提供了新的思路。

转自：“高分子科学前沿”微信公众号

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