資訊·前沿

納米級轉(zhuǎn)印技術(shù)有助于可穿戴紡織品的開發(fā)

據(jù)報道，韓國科學(xué)技術(shù)院Jun-Ho Jeong 和Inkyu Park 研究團隊開發(fā)了一種簡單的轉(zhuǎn)印方法，通過在具有水溶性的供體襯底上沉積納米結(jié)構(gòu)，然后在轉(zhuǎn)印步驟后溶解水溶性的供體基底，可以簡單地把納米尺度精微結(jié)構(gòu)的功能材料轉(zhuǎn)移在紡織材料基底上。相關(guān)研究成果發(fā)表于《ACS Nano》上。

在此項工作中，研究團隊采用具有良好生物相容性和室溫下溶解性的透明質(zhì)酸作為供體基底，同時透明質(zhì)酸可高精度復(fù)制在硅片上加工好的納米結(jié)構(gòu)。首先，透明質(zhì)酸模可以容易地制成納米線、納米點和納米孔等納米結(jié)構(gòu)；其次，將各種金屬或二氧化硅沉積在有圖案的透明質(zhì)酸薄膜上；再次，把薄膜鋪在潮濕的紡織基材上，透明質(zhì)酸溶解，并且將設(shè)計好的納米結(jié)構(gòu)的功能材料轉(zhuǎn)移到紡織物材料表面。采用這種工藝，金屬或非金屬微/納米尺度的圖案可以轉(zhuǎn)移到任意非平面織物的表面，同時保持其形狀。此方法加工的最小精度是50 納米。

目前，該方法已經(jīng)成功在紡織品上制造Pd 納米線行陣列氣體傳感器。潛在的應(yīng)用包括具有高度選擇性和靈敏度的氫氣傳感器。此方法適合于大批量生產(chǎn)的紡織品，因為其能快速安全印刷且具有光電功能的復(fù)雜納米結(jié)構(gòu)。這種方法轉(zhuǎn)移二氧化鈦納米結(jié)構(gòu)的功能已經(jīng)得到了驗證。研究團隊所提出的納米化方法可以為紡織品各種功能的制造提供方便的途徑或紙張基板上的裝置，包括汗液傳感器、環(huán)境監(jiān)測設(shè)備、催化過濾器和紡織物基的超級電容器等。

（摘編自集萃網(wǎng)）

二合一可穿戴光充電織物研發(fā)成功

近日，美國加州大學(xué)洛杉磯分校（UCLA）陳俊教授課題組與中科院過程所聶毅研究員、重慶大學(xué)范興教授等團隊合作，針對當今可穿戴電子領(lǐng)域的應(yīng)用需求，開發(fā)了一種集太陽能電池和鋅離子電池為一體的可充電織物。

據(jù)悉，研究人員將纖維狀狀料敏化太陽能電池（能量收集裝置）與纖維狀鋅離子電池（能量存儲裝置）結(jié)合，制備了二合一的可穿戴光充電織物。太陽能電池使用聚對苯二甲酸丁二酯（PBT）纖維做骨架。研究人員首先在PBT 纖維上鍍銅和錳，使纖維導(dǎo)電，隨后在金屬表面生長ZnO 納米線并經(jīng)N719 狀料敏化、表面附著CuI 空穴傳導(dǎo)層制成光電陽極。鋅離子電池由兩條附著了碳納米管的聚對苯二甲酸乙二酯（PET）纖維纏繞而成。MnO2和金屬鋅分別為正極和負極，含ZnCl2、MnSO4和LiCl 的聚乙烯醇（PVA）水凝膠為電解質(zhì)。兩纖維狀電池通過飛梭織造整合成為光充電織物。工作時，通過光照，太陽能電池向鋅離子電池充電，充電后的鋅離子電池可向外輸出電能。

該光充電織物具有優(yōu)異的電能存儲、輸出性能。由于織物選用輕質(zhì)高分子纖維為基底，并與常用棉線共混編織，因此具有與普通織物類似的外觀及及軟度，適于日常穿戴。織物在100 mW/cm2太陽光照射1min 后電壓可快速升至約6 V，于黑暗中、不同工況下（扭曲、潤濕等）持續(xù)供電逾10min。該光充電織物是環(huán)境監(jiān)測、人體個性化生理醫(yī)療等織物傳感網(wǎng)絡(luò)的重要組成部分。

（摘編自高分子科學(xué)前沿）

中科院寧波材料所設(shè)計出高靈敏電子織物

近年來，中國科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所陳濤研究員團隊在高性能、多功能可穿戴及性傳感器件方面取得了階段性的進展。通過碳管/石墨烯二維薄膜與PDMS/Ecoflex 等彈性體的有效復(fù)合，賦予了器件多重且優(yōu)異的性能，包括超高靈敏度、寬檢測范圍、低檢測下限、自粘附功能等，并在器件規(guī)模化生產(chǎn)上進行了初步嘗試。

最近，該團隊在《J. Mater. Chem. A》上報道了一種自保護、可重復(fù)使用、高靈敏度的織物傳感器。研究人員針對織物基傳感器容易受到外界機械化學(xué)環(huán)境干擾的問題，特別是人體表皮的汗液、油脂以及穿戴磨損對器件的長期穩(wěn)定使用的影響，設(shè)計了一種超疏液、耐磨損、高靈敏度的電子織物（SPRET）。SPRET 由3 部分材料組成，包括織物基底，以及由通過化學(xué)鍵等強相互作用穩(wěn)定在織物表面的碳管導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)和多功能的聚合物涂層。該電子織物表現(xiàn)出了對多種日常試劑的排斥，在膠帶磨損以及洗滌試驗后，其疏液、傳感性能幾乎保持不變，并實現(xiàn)了在汗液/水環(huán)境下對人體運動的無損檢測以及對機器人的精準控制。該織物還應(yīng)用于在機器人手臂上，使得堅硬的機器手在抓取脆性的物件如雞蛋時既能完成抓取任務(wù)，又能保證雞蛋不破碎。因此，該團隊所設(shè)計的及性傳感器在長期、連續(xù)、可靠監(jiān)測人類行為方面表現(xiàn)出了實際性的應(yīng)用潛能。

（摘編自寧波材料所）

中國科技大學(xué)成功制備BCNF-Alg 納米復(fù)合纖維

據(jù)報道，中國科技大學(xué)俞書宏院士團隊受到自然界高強度高韌性纖維多級螺旋結(jié)構(gòu)的啟發(fā)，制備了具有不同多級螺旋結(jié)構(gòu)的BCNF-Alg 納米復(fù)合纖維。

研究人員將直徑約為60 納米，長度為數(shù)十微米的BCNF 分散在Alg 溶液中，纖維素上的羥基與Alg 上的羧基形成強的氫鍵作用使整個體系均勻而穩(wěn)定，同時也保證了后續(xù)制備的復(fù)合纖維內(nèi)部有較強的界面作用力。該復(fù)合分散液經(jīng)由單針頭噴絲口擠出，在含Ca2+的凝固浴中得到BCNF-Alg 凝膠復(fù)合單絲（一級復(fù)合纖維），在擠出過程中，BCNF 會高度取向排列，從而保證了復(fù)合纖維的高力學(xué)強度。兩根BCNF-Alg 凝膠復(fù)合單絲先通過加捻形成二級復(fù)合纖維，兩根或三根二級復(fù)合纖維再以與加捻相反或相同的方向進行下一步旋轉(zhuǎn)扭曲，得到具有不同螺旋結(jié)構(gòu)的三級復(fù)合纖維，然后再進行干燥脫水，得到最終的BCNF-Alg 多級螺旋結(jié)構(gòu)納米復(fù)合纖維。

研究表明，多根凝膠狀態(tài)的單絲加捻螺旋化成束后再干燥脫水，體積大幅度收縮的同時單絲之間的黏附作用力增強而缺陷減少，大大提高了拉伸強度；而單絲螺旋化導(dǎo)致分散在Alg 基體內(nèi)部高度取向排列的BCNF 也發(fā)生旋轉(zhuǎn)扭曲，在進行單軸拉伸時，扭曲的BCNF 在斷裂之前會有一個逐漸拉伸變直的過程，因此斷裂伸長率得到提升；同時在拉伸過程中，BCNF 會與Alg 基體因為界面摩擦滑動而產(chǎn)生多尺度形變，可以耗散大量的能量，有利于提高纖維韌性。單軸拉伸結(jié)果表明：與加捻方面相反的螺旋化可以使復(fù)合纖維（4 根單絲）的最大拉伸強度從394.2 MPa 提高至535.4 MPa，斷裂伸長率從7.9 %提升至12.2 %，斷裂韌性從16MJ·m-3提升至38.3 MJ·m-3。

（摘編自新材料在線）

蜘蛛絲超韌電肌腱可用于制造機器人手指

蜘蛛絲（S-silk）被譽為超級纖維，是世界上最堅韌的天然材料之一，其性能優(yōu)于目前最好的高性能合成纖維。例如，Nephila pilipes 蜘蛛絲的韌性約為160 MJ/m3，而防彈衣所用材料Kevlar 的韌性約為50MJ/m3。近日，新加坡南洋理工大學(xué)的教授陳曉東和浙江大學(xué)的副教授李德昌聯(lián)合研發(fā)了一種基于蜘蛛絲的超強韌性肌腱，其韌性為420 MJ/m3、電導(dǎo)率為1077 S/cm，其性能優(yōu)于目前的及性和可拉伸導(dǎo)體。

該電肌腱由Nephila pilipes 蜘蛛絲、單壁碳納米管（SWCNT）和聚（3，4-乙烯二氧噻吩）-聚苯乙烯磺酸鹽（PEDOT：PSS）制成。由于親水性PSS，PEDOT：PSS 與加工后的S-silk 具有良好的粘合性，從而形成形狀穩(wěn)定的導(dǎo)電層。此外，將SWCNT 引入到S-silk 中以提高韌性。同時，SWCNT 可以通過從PEDOT 到SWCNT 的電子密度轉(zhuǎn)移來進一步提高S-silk 的電導(dǎo)率。通過樣品橫截面的拉曼光譜中的G 帶確認了S-silk 中存在SWCNT。隨著SWCNT 的重量百分比增加（0～12.5 wt%），G 帶的強度增加，但應(yīng)力應(yīng)變曲線直到12.5 wt%幾乎保持不變。

通過將含10 wt%SWCNT 的蜘蛛絲復(fù)合材料用于機器人手指進行實驗后發(fā)現(xiàn)，該電肌腱在超過40000 次彎曲和拉伸循環(huán)后，其電導(dǎo)率沒有任何變化。其可以安裝在細長的機器人手指上，而無需額外的電線或電路組件，從而極大簡化了機器人的設(shè)置。

（摘編自高分子科技）

東華大學(xué)研發(fā)出有機水凝膠纖維

近年來，及軟、可拉伸、透明的離子導(dǎo)電水凝膠纖維在可穿戴領(lǐng)域引起了極大的關(guān)注。據(jù)報道，東華大學(xué)游正偉課題組提出了一種物理和共價鍵結(jié)合的雜化交聯(lián)機制用于連續(xù)濕法紡絲制備水凝膠纖維，然后通過簡單的溶劑部分替換（水-甘油）制備得到透明有機水凝膠纖維。研究人員首先將聚乙二醇雙丙烯酸酯、海藻酸鈉、丙烯酸羥乙酯和光引發(fā)劑溶解配置成紡絲液，然后在Ca2+凝固液和紫外光照下進行連續(xù)濕法紡絲。在紡絲過程中，海藻酸鈉和Ca2+會優(yōu)先形成離子交聯(lián)的初生纖維，為水凝膠纖維在光引發(fā)形成第二重共價交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)之前提供一定的機械性能。待雙重交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的水凝膠纖維形成后，將其浸沒在甘油/水（CaCl2，KCl）溶液中；水凝膠纖維中的水會被部分甘油所替代，Ca2+會進一步加強體系離子交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，KCl 則實現(xiàn)有機水凝膠纖維中電荷轉(zhuǎn)移，并提供導(dǎo)電性能。

研究發(fā)現(xiàn)，該有機水凝膠纖維中甘油、水和聚合物網(wǎng)絡(luò)之間形成了氫鍵，從而保證該纖維在-80℃下仍然保持透明性、拉伸性能（拉伸率可超過300%）和導(dǎo)電性。同時，由于甘油/水二元溶劑相較于水具有更低的蒸氣壓，使得該有機水凝膠纖維在20 ℃和45%濕度的條件下放置22h 仍然可以保持85%以上的含水量，即使在室溫環(huán)境下保存5 個月仍然可以作為導(dǎo)體點亮LED 燈。此外，由于雙重交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的存在，該有機水凝膠纖維最大延伸率可達到400%±9.6%，并且在應(yīng)變?yōu)?00%的循環(huán)加載卸載時滯后現(xiàn)象基本可以忽略不計，便于實現(xiàn)高頻高速設(shè)備的傳感檢測。除了應(yīng)變傳感器，該有機水凝膠纖維同時具有作為數(shù)據(jù)手套、可伸縮電極和光學(xué)纖維的潛力。

（摘編自東華大學(xué)）

德克薩斯理工大學(xué)開發(fā)可清理新型冠狀病毒擦拭布

3月18日，美國德克薩斯理工大學(xué)環(huán)境毒理學(xué)院教授Seshadri Ramkumar 發(fā)明的一種用于清除有毒物質(zhì)的去污擦拭布——FiberTectTM，被公布可以用于幫助新型冠狀病毒的清理工作。

FiberTectTM市場的一線技術(shù)培訓(xùn)專家Corey Collings表示：“這款擦拭布作為醫(yī)院和救護車的主要干式去污方法已被廣泛使用。醫(yī)院大量使用單片裝或成卷的FiberTectTM，而救護車則是在‘FastGrab’工具包中使用，為受多種病毒污狀的患者進行及時消毒。”

FiberTectTM作為一種擦拭產(chǎn)品，在COVID-19 病毒（也稱新型冠狀病毒）傳播極為嚴重的環(huán)境中，具有巨大的清潔潛力。Ramkumar 介紹道：“其三層無紡布結(jié)構(gòu)的中間層是活性炭芯，多孔碳的結(jié)構(gòu)可以截留含有微生物的蒸汽和氣溶膠。并且，該擦拭布質(zhì)地及軟，可根據(jù)被清潔物體的形狀進行擦拭，幫助有效清潔。”

FiberTectTM以前曾被美國軍方成功地用于人員和設(shè)備的消毒，也用于墨西哥灣深水地平線漏油事件中的油污清理，還曾被用于處理高度危險的化學(xué)物質(zhì)，包括用于芬太尼流行病。產(chǎn)品測試由勞倫斯利弗莫爾國家實驗室進行。FiberTectTM在用于清除有毒化學(xué)品的污狀的所有測試結(jié)果中，均優(yōu)于30 種同類產(chǎn)品。

（摘譯自德克薩斯理工大學(xué)/杜宇君）

歐瑞康人造纖維訂單總值達6.25 億美元

3月16日，歐瑞康宣布收到3 家世界領(lǐng)先的人造纖維制造商的訂單，都是來自中國的主要客戶。這些訂單均是基于歐瑞康巴馬格公司世界領(lǐng)先的高效生產(chǎn)聚酯纖維的紡絲技術(shù)。3 個項目的總價值約合6.25 億美元。其中一小部分安排進了歐瑞康集團2020年的生產(chǎn)計劃中，大部分將被安排在2021、2022年的生產(chǎn)計劃中。這些系統(tǒng)的現(xiàn)場交付和安裝計劃將從2021年持續(xù)到2023年初。

歐瑞康集團表示，中國的系統(tǒng)業(yè)務(wù)不會因為新冠肺炎疫情的影響而發(fā)生大的變化。基于“人造纖維行業(yè)主要客戶的長期項目規(guī)劃”，直接促成了歐瑞康巴馬格公司新的訂單。

歐瑞康全面的人造纖維技術(shù)解決方案，已被應(yīng)用于整個聚酯纖維紗線生產(chǎn)價值鏈，包含尖端的自動化和數(shù)字化技術(shù)。巴馬格公司還將在兩年多的時間內(nèi)分階段為高速卷繞機—WINGS POY 和WINGS FDY 提供完整的系統(tǒng)，以及eFK 產(chǎn)品系列的加彈機。

歐瑞康集團CEO Roland Fischer 表示：“全球互聯(lián)的行業(yè)（如紡織行業(yè)）和商業(yè)模式（如人造纖維所采用的業(yè)務(wù)模式）比許多人認為的更穩(wěn)健。這些客戶之所以選擇歐瑞康，主要因為我們的創(chuàng)新技術(shù)，同時也得益于我們良好的掌控能力。”

（摘譯自歐瑞康公司/杜宇君）

帝人商事推出用于橡膠增強纖維的生態(tài)粘合劑

3月5日，日本帝人集團纖維和產(chǎn)品轉(zhuǎn)換公司——帝人商事有限公司宣布推出一種用于橡膠增強纖維的新型生態(tài)環(huán)保型粘合劑。該粘合劑不使用間苯二酚-甲醛（RF），但仍可達到與傳統(tǒng)方法相同的性能水平。

間苯二酚-甲醛乳膠（RFL）粘合劑長期以來一直被用于強化輪胎等橡膠纖維制品，以保持其強度和形態(tài)的穩(wěn)定性。但近年來，由于RF 已被證明對人體有害，因此，對于不使用RF 解決方案的需求日益增長。

這種新型粘合劑通過使用一種非RF 的混合聚合物進行交聯(lián)，該聚合物通過分子間相互作用形成網(wǎng)狀，并由于其對纖維和橡膠的高親和力，性能可以達到與RFL 粘合劑相當?shù)乃健?/p>

這種新型粘合劑是帝人商事有限公司最新的“THINK ECO”的應(yīng)用之一，旨在保護從時裝到工業(yè)紡織品各個領(lǐng)域的環(huán)境，并于今年開始試銷，目標是到2028年達到年產(chǎn)20 萬噸規(guī)模。

（摘譯自帝人集團/杜宇君）