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浙大许震研究员《Matter》：序列编码超结构纤维！

来源：超级管理员发布时间：2023-09-04 作者：阅读数：1287次

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，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，浙江大学高分子系高超团队许震研究员提出了一种“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《Matter》（DOI: 10.1016/j.matt.2023.08.006）上，该论文第一作者为浙江大学高分子科学与工程学系博士生马静雨。

图1. A）传统均质纤维与序列编码超纤维结构区别。B）序列编码超纤维设计思路。 C）序列编码超纤维制备示意图。

图2. A-C）序列编码制备原位观察，包含三个过程：A）平行层流，B）“A”结构序列编码，C）“B”结构序列编码。D）平行，E）序列编码纤维的荧光显微镜照片。F）不同投料时间制备的序列编码纤维。G）投料时间与超结构序列长度关系图。H）不同投料时间比例制备的序列编码纤维。I）投料时间比与不同超结构序列长度比例关系图。

图3. A）多嵌段序列编码超纤维设计示意图。B）超纤维多序列排列组合示意图。C-F）不同序列数排列组合的超纤维。

图4. A）序列编码超纤维编码-解码示意图。B-C）编入了“fiber”一词的超纤维。

图5. A-B）序列编码多材料超纤维。C-E）编码了“软”-“硬”交替超结构的力学超纤维，在均匀拉伸下表现出非线性变形行为。F-H）编码了“导电”-“绝缘”交替超结构的电学超纤维。I-K）编码了“铁磁”-“抗磁”交替超结构的磁学超纤维。L-N）编码了“红外吸收”-“红外反射”的光热超纤维。

图6. A）序列编码超纤维。B）超纤维丝束。C）超纤维卷。D-F）超纤维优异的连续性与力学稳定性。G-I）可编织的超纤维。J，K）电学超纤维编织网络用于电路设计。L）磁学超纤维用于智能驱动。

论文得到了国家自然科学基金、中央高校基本科研专项基金、浙江大学百人计划、山西浙大新材料与化工研究院等相关经费和机构的资助与支持。

文章链接：

2023~马静雨~Matter.pdf

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