中科大研發(fā)新型仿生納米復(fù)合纖維材料

中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)俞書宏教授研究團(tuán)隊(duì)借鑒天然生物纖維的策略，成功研制了一種既強(qiáng)又韌的宏觀尺度纖維素基納米復(fù)合纖維材料。相關(guān)成果日前在線發(fā)表于《國家科學(xué)評(píng)論》。

納米尺度纖維素是地球上儲(chǔ)量最豐富的納米級(jí)原材料，其密度低、熱穩(wěn)定性好、力學(xué)性能出色，同時(shí)具備可降解、可再生和可持續(xù)性，因而受到諸多關(guān)注。然而，人工制備的纖維素基宏觀纖維材料的強(qiáng)度和韌性之間的矛盾難以解決，低韌性、易脆斷等問題嚴(yán)重限制了此類材料在先進(jìn)織物等領(lǐng)域中的實(shí)際應(yīng)用。

反觀自然界，許多植物纖維和動(dòng)物纖維都實(shí)現(xiàn)了高強(qiáng)度和高韌性的完美組合。它們具有一些共性：都是天然的納米復(fù)合材料，由高度取向的高強(qiáng)度納米纖維單元包裹在較柔軟的有機(jī)物基質(zhì)中構(gòu)成，并具有高度有序的多級(jí)螺旋纏繞結(jié)構(gòu)。

研究人員以高強(qiáng)度細(xì)菌納米纖維素作為增強(qiáng)基元，以海藻酸鈉生物大分子作為有機(jī)物基質(zhì)，將兩者的復(fù)合水溶液進(jìn)行溶液紡絲，得到拉伸強(qiáng)度初步提升的單取向結(jié)構(gòu)宏觀納米復(fù)合纖維。單純海藻酸鈉宏觀纖維的拉伸強(qiáng)度為190 MPa，而所得納米復(fù)合纖維的拉伸強(qiáng)度提高至420 MPa。隨后，他們通過多級(jí)螺旋纏繞結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，得到了具有類似生物纖維結(jié)構(gòu)特征的宏觀人工纖維材料，其拉伸強(qiáng)度繼續(xù)提升25%，斷裂延伸率和韌性則分別同步提升近50%和100%，最終拉伸強(qiáng)度、斷裂延伸率可分別達(dá)到535 MPa、16%。

該成果所獲得的最高拉伸強(qiáng)度可以和高性能纖維素基天然植物纖維相媲美，這種仿生纖維結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)策略有望應(yīng)用在其他復(fù)雜等級(jí)結(jié)構(gòu)材料的設(shè)計(jì)和制備中。

（來源：科技日?qǐng)?bào)）

哈佛大學(xué)正在研究一種可減少疤痕產(chǎn)生的“創(chuàng)可貼”

日常生活中被劃傷、刺破的小傷口，人們通常會(huì)使用普通的創(chuàng)可貼來包扎。這個(gè)久經(jīng)考驗(yàn)的醫(yī)用材料因?yàn)閮?chǔ)藏和包扎都很方便而成為居家必備之品。最近，據(jù)外媒BGR報(bào)道，哈佛大學(xué)Wyss研究所的研究人員認(rèn)為他們已經(jīng)研發(fā)出了創(chuàng)可貼的升級(jí)版——可減少疤痕產(chǎn)生的創(chuàng)可貼。

研究人員受到動(dòng)物胚胎皮膚能夠在不留下疤痕的情況下自愈的啟發(fā)，設(shè)計(jì)了一種新型的傷口敷料。它不僅可以加速愈合過程，還可以減少疤痕。最關(guān)鍵的是，它可以做到與普通創(chuàng)可貼差不多大小，操作方式也基本上一樣的簡單方便。

這種敷料是一種熱活化水凝膠材料，不僅可以覆蓋切口或傷口，還可以通過收縮將傷口的兩邊合在一起。而且這種收縮效應(yīng)在大約90華氏度(約32攝氏度)的溫度下就可以發(fā)生，這就意味著僅僅依靠我們的體溫就可以將其“激活”——緩慢收縮并將傷口邊緣保持在適當(dāng)位置以促進(jìn)愈合。同時(shí)，敷料本身的收縮效應(yīng)還有助于將其固定到皮膚上，其強(qiáng)度高于標(biāo)準(zhǔn)黏性的創(chuàng)可貼。為了防止感染，研究人員還將抗菌粒子加入到這種敷料中，使其均勻散布，從而達(dá)到抑制微生物并在皮膚愈合時(shí)保護(hù)皮膚的作用。

“將AAD粘附在豬皮上時(shí)，其粘合力超過Band-Aid?的10倍，并且能防止細(xì)菌滋生，因此即使不考慮它促進(jìn)傷口愈合的效果，這項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)明顯優(yōu)于大多數(shù)常用的傷口保護(hù)產(chǎn)品?！毖芯控?fù)責(zé)人Benjamin Freedman博士在一份聲明中說道。

在這項(xiàng)技術(shù)商業(yè)化之前，該團(tuán)隊(duì)仍有一些工作要做，他們打算進(jìn)行額外的測試和研究，以最終將其推向市場。

（來源：環(huán)球網(wǎng)）

韓國研究人員制備出超高性能碳納米管纖維

開發(fā)將納米材料組裝成宏觀支架材料的方法是當(dāng)前納米技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵。然而，即使碳納米管纖維具有優(yōu)越的性能，但制備方法的復(fù)雜性很大程度上阻礙了新材料的廣泛應(yīng)用。

近日，韓國科學(xué)技術(shù)研究院Hyeon Su Jeong和Seung Min Kim以及首爾國立大學(xué)Chong Rae Park合作，證明了一種高效、連續(xù)的纖維紡絲方法用來生產(chǎn)高性能碳納米管（CNT）纖維(CNTF)的可行性。該研究成果以題為“Direct spinning and densification method for high-performance carbon nanotube fibers”發(fā)表在國際著名綜合學(xué)術(shù)期刊Nature Communications上。

在這項(xiàng)工作中，研究人員提出了一種優(yōu)化的紡絲方法，結(jié)合濕法紡絲和直接紡絲兩種方法的優(yōu)點(diǎn)，可以快速、連續(xù)地生產(chǎn)高度對(duì)準(zhǔn)和致密化的CNTFs。當(dāng)直接紡制的CNTF浸入氯磺酸（CSA）中時(shí)，CSA滲透并使CNT質(zhì)子化，CNTF膨脹。在此狀態(tài)下適當(dāng)拉伸CNTF可重新排列纏繞CNT以改善其在軸向上的對(duì)準(zhǔn)性。然后，當(dāng)CNTF浸入凝固浴中時(shí)，通過溶解性差驅(qū)動(dòng)的相分離，將CSA從排列良好的CNTF中擠出，以形成具有良好排列結(jié)構(gòu)的高填充CNTF。從合成碳納米管到制備高度致密、排列整齊的CNTFs，加工時(shí)間少于1 min。通過對(duì)直接紡絲條件的優(yōu)化，研究人員成功地制備了高取向和致密的碳納米管。這一工作清楚地表明，在適當(dāng)?shù)馁|(zhì)子化度(DOP)下優(yōu)化致密化工藝，以及改善初紡CNTFs的紡絲條件，對(duì)于獲得較高的致密化效率，改善碳納米管的性能至關(guān)重要。通過該方法制備出來的CNTFs具有質(zhì)量輕、抗拉伸、硬度大、導(dǎo)電性好以及高靈活性等優(yōu)點(diǎn)，它們適用于各類高附加值的應(yīng)用。

（來源：高分子科學(xué)前沿）

東華大學(xué)在空氣過濾材料研究領(lǐng)域取得新進(jìn)展

隨著人們生活水平的提高，人們對(duì)環(huán)境中空氣質(zhì)量的要求也越來越嚴(yán)格。但是，大氣污染問題仍是威脅人類健康的重要因素，亟須加強(qiáng)防護(hù)與治理。纖維類材料因具有比表面積大、孔隙率高、吸附能力強(qiáng)、生產(chǎn)成本低等優(yōu)勢而被廣泛應(yīng)用于空氣過濾中。然而，現(xiàn)有纖維空氣過濾材料雖相對(duì)于其他材料而言具有以上優(yōu)勢，但自身的纖維直徑、孔隙率等問題仍限制了其進(jìn)一步發(fā)展。當(dāng)前的纖維過濾材料仍然具有材料厚重、堆積結(jié)構(gòu)單一、過濾效率和空氣阻力難以同步優(yōu)化等問題。

對(duì)此，東華大學(xué)俞建勇院士和丁彬教授帶領(lǐng)的納米纖維研究團(tuán)隊(duì)采用新型濕度誘導(dǎo)“靜電紡/噴”技術(shù)，以高偶極矩聚合物聚丙烯腈為原料，制備了小直徑、高孔隙率且具有蓬松雙網(wǎng)結(jié)構(gòu)的納米蛛網(wǎng)/纖維網(wǎng)，該雙網(wǎng)結(jié)構(gòu)可用作高效低阻空氣過濾材料。

研究團(tuán)隊(duì)通過借助離子 — 偶極相互作用提升溶液荷電能力，促進(jìn)了泰勒錐尖端荷電流體的可控噴射，進(jìn)而通過調(diào)控環(huán)境濕度氛圍，誘導(dǎo)控制聚合物溶液體系的相分離速度與程度，實(shí)現(xiàn)了射流、液滴的同步形變/相變/自組裝。該材料中二維超細(xì)納米蛛網(wǎng)與蓬松納米纖維支架網(wǎng)絡(luò)緊密溶接，形成了穩(wěn)定的雙網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。

二維納米蛛網(wǎng)結(jié)構(gòu)具有直徑小、比表面積大的特性，提升了材料對(duì)超細(xì)顆粒物的吸附、篩分作用，還增強(qiáng)了其空氣滑移效應(yīng)；同時(shí)，三維納米纖維支架網(wǎng)絡(luò)體現(xiàn)出了堆積蓬松、孔隙率高的優(yōu)勢，從而有效促進(jìn)了氣流在纖維間的滲透擴(kuò)散，大幅降低了材料的空氣阻力。結(jié)合上述兩種結(jié)構(gòu)優(yōu)勢，該雙網(wǎng)結(jié)構(gòu)材料可實(shí)現(xiàn)對(duì)空氣中超細(xì)顆粒物的高效低阻過濾，其對(duì)最易穿透粒徑顆粒物PM0.3的過濾效率高達(dá)99.99%，阻力壓降僅為大氣壓的0.11%；同時(shí)，可快速凈化室內(nèi)空氣PM2.5，且具有長效循環(huán)使用性能。

該研究成果的提出為新型高效過濾/分離材料的設(shè)計(jì)與開發(fā)提供了指導(dǎo)與借鑒。（來源：紡織導(dǎo)報(bào)官微）