科學家模仿蜘蛛吐絲發明仿生紡絲技術制備出多功能柔性導電纖維

摘要：

功能性柔軟可拉伸纖維材料在生物醫療器械、軟體機器人等領域有著廣泛的應用需求。目前的纖維制備技術包括干/濕法紡絲、電紡、微流控紡絲、熱拉伸和直接打印等方法，但這些方法均存在一定不足，包括制備過程復雜、能源消耗高、溶劑使用量大、經濟成本高等問題。自然界中，蜘蛛、蠶等可在溫和條件下吐出長絲并根據環境改變而調控其性質，其制備過程非常高效和簡潔。受此啟發，新加坡國立大學Swee Ching TAN、吉林大學朱有亮等團隊合作，報道了一種模仿蜘蛛吐絲過程的常溫常壓自發相分離紡絲技術（PSEA）。該方法無需額外加熱、紫外固化或凝固浴等條件，獲得的功能性軟纖維具有足夠的強度（超過6 MPa）、柔軟性和可伸縮性（應變超過500%），同時兼具優異導電性（約1.82 S m?1)和多模態感應能力，可以廣泛應用于智能織物等可穿戴電子產品。這一創新制備方法為生產多種功能集成的柔性纖維材料提供了高效低成本解決方案，該研究成果有望為纖維電子學領域的材料開發和創新應用開辟新的途徑。該論文以“Biomimetic spinning of soft functional fibres via spontaneous phase separation”為題發表在Nature Electronics期刊上。

通常，將不同功能（如柔軟性、可伸縮性和電導性）集成到一維纖維中對于合成材料來說是一個兩難問題：因為大多數柔軟軟可拉伸材料不具有本征導電性，而導電材料難以制成高度可拉伸的纖維材料。現有技術或方法涉及復雜制造工藝或多個后處理步驟（例如預應變工程、導電填料嵌入、表面涂覆等）。通過“一步法”工藝實現了多功能柔性纖維的低成本制備，能耗極低且溶劑使用量少，為纖維和織物電子器件提供了一種可持續發展路徑。利用空氣中水分子誘導前驅體纖維自發產生非溶劑蒸汽誘導相分離（NVIPS）效應，進而實現了常溫常壓下（70-75%相對濕度、~25℃、一個大氣壓）由紡絲液到固體纖維的相轉變。所獲得的功能性纖維具有優異的可伸展性、強度和導電性，可廣泛應用于可穿戴纖維織物電子領域。

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1.模仿蜘蛛吐絲，科學家發明仿生紡絲技術，“一步法”制備出多功能柔性導電纖維