国产精品igao视频网网址不卡日韩,亚洲综合在线电影,亚洲婷婷丁香,黄色在线网站噜噜噜

  自然界中，蜘蛛絲作為一種近乎完美的功能材料，以其獨特的高強度、高韌性、彈性恢復能力及環境響應性，為高性能纖維材料的設計提供了重要靈感。然而，如何通過規模化合成方法復刻其復雜的層級結構與多功能特性，一直是材料科學領域面臨的重大挑戰。近日，蘇州大學汪曉巧教授團隊提出一種基于聚丙烯酸鈉（PANa）和聚丙烯酰胺（PAM）雜化聚合物水凝膠的仿蛛絲纖維制備策略。該策略通過濕紡工藝中的可控微相分離與應變編程技術，成功構建出在結構與性能上均高度接近天然蛛絲的多尺度雜化纖維。所制備的纖維不僅展現出優異的力學性能，包括118.7 MJ/m³的高韌性及172.3 MPa的拉伸強度，還具備多重與天然蛛絲相似的功能特性，例如50%的彈性應變恢復率、96%的阻尼效率、60%的超收縮率以及對濕度的敏感性。該項研究實現了仿生纖維在規模化制備潛力與多功能集成特性上的結合，為發展下一代高性能、智能化纖維與紡織品提供了重要的理論與技術指導。

  2025年11月29日，相關成果以“Controlled microphase separation and strain programming in hydrogel fibers toward biomimetic architectures and properties”為題，發表于《自然·通訊》（Nature Communications，DOI: 10.1038/s41467-025-66537-7）。蘇州大學博士研究生楊健與碩士研究生陳聰聰為論文共同第一作者，汪曉巧教授為通訊作者。研究得到了國家自然科學基金委的資助。

圖 1 具有類蜘蛛絲層級結構和性能的聚丙烯酸鈉-聚丙烯酰胺（PANa-PAM）雜化聚合物水凝膠纖維仿生制備：a 天然蜘蛛絲層級結構的示意圖；b通過可控微相分離和應變編程的濕法紡絲方法制備PANa-PAM水凝膠纖維；c 可規模化生產的堅韌且強度高的水凝膠纖維，可進行復雜打結和直接縫紉；d PANa-PAM水凝膠纖維與天然蜘蛛絲以及已報道的仿生纖維性能比較

圖 2濕法紡絲過程中PANa-PAM 水凝膠纖維的微相分離結構調控：通過優化不良溶劑組成、紡絲液聚合物組成、紡絲液pH有效調控初生纖維中的微相分離結構，獲得具有小尺寸、密堆積氫鍵納米團簇網絡結構的高強韌性纖維

圖 3 應變編程誘導PANa-PAM水凝膠纖維的單軸取向和可控結晶：通過后牽伸誘導雜化聚合物分子鏈取向和結晶，雜化纖維在400%預應變下獲得高取向度性分子鏈和類似于蛛絲β折疊片結晶的正交晶胞共晶結構

圖 4 PANa-PAM-400%纖維的類蜘蛛絲承重能力、濕度敏感性、阻尼-彈性特性：仿生纖維能夠承受高動靜態載荷，單根纖維能夠提拉一公斤重物，在160 mm/min的拉伸速度下，屈服應力達到150 MPa；阻尼效率達到96%，能夠有效耗散沖擊能量；濕度處理能夠促使50%的彈性形變恢復

圖 5 PANa-PAM水凝膠纖維的類蛛絲超收縮性能：仿生纖維具有熱、濕誘導超收縮性質，其中二次預牽伸纖維熱致收縮應力達到40 MPa，工作容量達到516 J kg^-1，遠超過生物肌肉

  綜合來說，該團隊最新研究工作（Nat. Commun., 2025, DOI: 10.1038/s41467-025-66537-7）基于仿生設計理念，采用廉價易得的合成高分子聚合物，結合濕法紡絲與應變編程規模化制備工藝，通過調控紡絲參數與溶液組成，精準復刻出類蜘蛛絲的多級結構，實現了兼具蜘蛛絲力學特性與多功能集成的連續化纖維制備。

  近年來，該團隊圍繞水凝膠基高性能、多功能纖維開展了系統性研究，先后提出多項創新策略。針對單一組分聚電解質體系，團隊提出并發展了大分子構象調控策略，以聚丙烯酸鈉為模型，通過pH依賴的反溶劑相分離工藝，實現了大分子鏈由卷曲態向伸展態的精準調控，從而賦予單組分水凝膠纖維高度可調的極端力學性能（Nat. Commun., 2022, 13, 3369）。在此基礎上，團隊進一步提出規模化制備層狀異質水凝膠纖維的策略，采用“微通道集成濕紡—反溶劑相分離”技術構建對稱三層結構復合纖維，結合聚丙烯酸鈉的應變誘導結晶機制，協同優化了復合纖維的力學與導電性能（Adv. Mater., 2024, 36, 2409632）。針對纖維基熱電器件在拉伸性能與應變敏感性方面的局限，團隊開發了Janus螺旋水凝膠纖維，通過結構設計實現了超拉伸性、應變不敏感性與熱電功能的有機結合，為柔性可穿戴能源器件提供了創新解決方案（Nano Lett., 2025, 25, 6, 2509–2518）。此外，團隊聚焦功能成型工藝及穿戴/植入應用，系統綜述了水凝膠力學強化的分子網絡設計原理、結構設計策略、特殊力學功能調控方法、宏微觀成型技術及其在新興領域的應用突破，為高性能水凝膠器件的研發構建了從材料設計到工程化應用的研究框架（Adv. Mater., 2024, 36, 2309952）。

  課題組主頁：https://www.x-mol.com/groups/xiaoqiaowanggroup

  論文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41467-025-66537-7