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​南京林业大学段改改/东华大学刘力Compos. Commun.综述:面向纺织品的智能静电纺纤维-岩拓气凝胶

​南京林业大学段改改/东华大学刘力Compos. Commun.综述:面向纺织品的智能静电纺纤维

南京林业大学段改改副教授东华大学纺织学院刘力博士综述了近年来采用静电纺纤维构建智能纺织品的工作,相关成果以《综述:面向纺织品的智能静电纺纤维》(A Review of Smart Electrospun Fibers toward Textiles, doi: 10.1016/j.coco.2020.100506)为题,发表于期刊《Composites Communications》,该论文第一作者是东华大学纺织学院老师刘力,共同通讯作者为南京林业大学副教授段改改和德国拜罗伊特大学教授Andreas Greiner

研究背景

随着科学技术的发展,在现代社会中,纺织品的作用已经不仅仅局限于最初的防寒、保暖和美化,而应该被赋予更新的功能,使其智能化。

智能纺织品除了具备传统纺织品具备的功能外,还应该具备与外界进行互动的能力。这种智能的实现可以是被动性的,也可以是主动交互性的。然而目前对主动交互型和被动型的智能纺织品定义模糊不清。因此,这篇综述,以静电纺纤维为基础,同时结合智能材料与静电纺纤维结构的特点,对主动交互型智能纺织品和被动型智能纺织品的异同分别进行了讨论,探索了用静电纺纤维开发智能纺织品的前景。

工作介绍

介绍了主动交互型智能纺织品和被动型智能纺织品各自的特点;归纳常见的智能材料的性质以及被制备成静电纺纤维后具有的特性;突出了近年来研究热点—可穿戴智能纺织品;同时与被静电纺制备的被动型智能纺织品进行了对比,该综述将为静电纺纤维在纺织品的智能化道路上提供一定的设计参考。

图文导读

图3、4、5、6、7、8 、9、10、11为主动交互型静电纺智能纺织品

其中,图3、4、5、6、7、8为智能材料制备的静电纺纤维及其应用

图9、10、11为可穿戴型智能纺织品

图12为被动型静电纺智能纺织品

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图1. 静电纺的特点以及在主动交互型智能纺织品和被动型智能纺织品方面的应用

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图2. 以抗菌纺织品为例,对比 (a) 被动型智能纺织品与(b)主动交互型智能纺织品的异同点.

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图3. 温敏型智能材料的特点,以及聚(N-异丙基丙烯酰胺)静电纺纤维膜在智能致动器方面的应用。(a)温敏型智能材料的相位图;(b) 聚(N-异丙基丙烯酰胺) 的化学结构式;(c) 聚(N-异丙基丙烯酰胺)静电纺纤维膜用作智能致动器的表现。

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图4. (a) 碱性基团构成的pH刺激响应性材料的响应机理;(b) 碱性pH刺激响应性材料制备的静电纺纤维膜在DNA探测器方面的应用。

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图5. (a) 偶氮苯的光响应机理和 (b) 其修饰的PCL静电纺纤维膜亲疏水性的光可控调节性能;以及 (c) 金纳米颗粒作为光热转换介质参杂PVDF静电纺纤维膜后,用于光热水蒸发的研究;

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图6. (a) 电活性聚合物制备的智能致动器的结构示意图;(b) 静电纺尼龙纤维的SEM图显示了其纤维的取向结构;(c) 聚吡咯作为电刺激响应性材料与尼龙在智能致动器方面的应用以及 (d) 聚乙撑二氧噻吩(PEDOT)纤维膜在电刺激下药物可控释放的应用

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图7. (a)四氧化三铁Fe3O4纳米颗粒参杂的PS静电纺纤维膜的升温与时间关系图;(b-h) 该具有磁热转换能力的静电纺纤维膜在生物表皮热治疗方面的应用

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图8. (a) 具有温度与pH值多刺激响应性智能致动器的制备;(b) 该智能致动器卷曲程度与温度之间的关系; (c) 该致动器在不同pH值溶液中抓取与释放金属指环的行为。

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图9. (a) 银纳米线,PCL和PAN静电纺纳米短纤通过湿法成网法制备具有超强导电性能柔性纤维状材料的示意图;(b) 该柔性材料的电镜图显示纤维交叉排列的情况;(c) 该纤维状材料展示其柔性与超高导电性能。

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图10. B-N-F三元掺杂的通体多孔碳纳米纤维的制备与表征。(a) 使用化学交联静电纺丝和高温煅烧法合成多孔碳纳米纤维的示意图;(b) 前驱体纤维膜;(c) 柔顺性展示; (d) PVA含量与膜导电性能之间的关系

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图11.(a) 具有摩擦发电性能纱线的制备;(b) 组成该纳米纱线的同轴纳米纤维的结构示意图;(c) 同轴纳米纤维的电镜图;(d) 不同频率下,纳米纱线产生电压与电流的情况; (e) 该纱线制成的纺织品的灵敏程度

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图12.  (a) 防水透湿原理示意图;(b) 接触角与表面能、表面张力关系示意图;(c) 用静电纺制备防水透湿纺织品示意图;(d) 通过静电纺制备得到纺织品的拒不同液体的效果图;

结论与展望

纺织品发展到如今社会,已经逐渐在跳出传统防寒御暖的基本需求,而将来更多地会被赋予多功能性的一种载体。静电纺丝由于它突出的性能,使得它具有大的包容性和强的兼容性,从无机材料到有机材料,都可以成为它的加工对象,使得它在各个领域展现出了强大的应用潜力。虽然相对传统的纺丝织造方法来说,生产效率还有待提高,但是对于起到核心功能性的成分,并不要求它具有传统纺织材料的体量。因此,此篇综述,以静电纺纤维为基础,同时结合智能材料与静电纺纤维结构的特点,将智能纺织品主要分为主动交互型智能纺织品和被动型智能纺织品,探索了用静电纺纤维开发智能纺织品的前景,也许在未来智能纺织品的设计和制造这条道路上能为纺织品的继续智能化以及静电纺在智能纺织品的设计和发展上提供一定的参考。

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