[高分子材料] 清华大学张莹莹课题组：桑蚕丝智能纤维与织物
蚕学专业毕业设计论文：蚕丝纤维增强复合材料的制备与应用研究
蚕学专业毕业设计论文：蚕丝纤维增强复合材料的制备与应用研究蚕丝纤维增强复合材料的制备与应用研究摘要：随着科技的发展和工业的进步，复合材料作为一种轻质高强度的材料得到了广泛的应用。
本论文主要研究蚕丝纤维增强复合材料的制备方法和应用领域。
通过添加不同比例的蚕丝纤维到基体材料中，并采用不同的制备工艺来制备复合材料。
通过对复合材料的物理机械性能测试和表面形貌观察，评价了蚕丝纤维增强复合材料的性能，并探讨了其在航空、航天等领域的应用前景。
关键词：蚕丝纤维；复合材料；制备方法；应用领域1. 引言蚕丝作为一种天然的纤维材料，具有轻、薄、柔软、透气、保暖等优点，因此在纺织和服装行业中得到了广泛的应用。
近年来，随着纳米技术和材料科学的发展，蚕丝纤维也被用于制备复合材料。
蚕丝纤维与基体材料的结合可以显著提升复合材料的强度和耐磨性，同时还能减轻材料的重量，提高使用效果。
2. 制备方法为了制备蚕丝纤维增强复合材料，需要将蚕丝纤维与基体材料相结合。
常用的制备方法包括手工纺丝、化学法、机械法等。
其中，手工纺丝法是一种简单且低成本的制备方法，但无法达到高度均匀的纤维分布；化学法则可以改善纤维与基体材料的结合性能，但会对环境造成一定的污染；机械法则能够大规模制备，但对设备要求较高。
3. 复合材料性能评价通过对蚕丝纤维增强复合材料的物理机械性能测试，可以评价其性能。
常见的测试包括抗拉强度、弯曲强度、冲击强度等。
同时还可以通过扫描电镜等仪器对复合材料的表面形貌进行观察，了解纤维与基体材料的结合情况。
4. 应用前景蚕丝纤维增强复合材料在航空、航天等领域有着广泛的应用前景。
由于蚕丝纤维的轻薄柔软性，可以减轻航空器的重量，提高其燃油效率和空气动力学性能。
此外，蚕丝纤维增强复合材料还具有良好的导电性和热稳定性，因此也可以应用于导电材料和高温工作环境。
结论：蚕丝纤维增强复合材料的制备方法多种多样，可以根据实际需求选择适合的制备工艺。
通过对复合材料的性能评价，可以最终确定合适的蚕丝纤维增强复合材料的应用领域。
桑蚕丝的纳米纤维应用在航空航天
桑蚕丝的纳米纤维应用在航空航天航空航天技术一直都在不断地发展与进步，而其中最关键的因素之一就是材料技术的创新和应用。
在这个领域中，纳米材料被广泛地研究和应用，以提高飞行器的性能、耐久性和安全性。
而桑蚕丝的纳米纤维作为一种新兴的材料，正在逐渐引起航空航天领域的关注。
本文将探讨桑蚕丝纳米纤维在航空航天领域的应用及其潜力。
桑蚕丝作为一种天然纤维，具有轻巧、柔软、抗菌、耐热等特性，且具有较高的强度和延展性。
纳米纤维是指纤维的纳米级细纹，通常具有高强度、高表面积和高孔隙率。
将桑蚕丝制备成纳米纤维能够进一步提高其性能，并为航空航天领域带来更多的应用机会。
首先，桑蚕丝纳米纤维在航空航天领域中的一个重要应用是制作轻型、高强度的航空材料。
由于桑蚕丝纳米纤维具有高强度和轻巧的特性，可以制备出更轻、更坚固的飞行器构件，从而提高整体性能。
例如，在飞机机身中使用桑蚕丝纳米纤维制成的复合材料，在相同强度的情况下，重量可以减少30%以上。
这不仅有助于减少油耗和二氧化碳排放，也提高了航空器的操控性和飞行效率。
其次，桑蚕丝纳米纤维也可以应用在制作防火材料上。
航空航天领域中，火灾是一个重大的安全威胁，因此寻找新型的防火材料是非常重要的。
桑蚕丝纳米纤维具有良好的耐热性和阻燃性，可以有效地减缓火焰蔓延的速度，提供更多的时间来进行紧急疏散。
此外，桑蚕丝纳米纤维还可以用于制作高温密封材料，以确保飞行器在高温环境下的安全运行。
除此之外，桑蚕丝纳米纤维还具备抗菌和防腐蚀的特性，可以用于制作航空器内饰和设备涂层。
航空器内部是一个相对封闭的环境，容易滋生细菌和霉菌等有害微生物。
使用桑蚕丝纳米纤维制作的抗菌材料可以有效地阻止细菌的滋生，保持环境清洁卫生。
此外，桑蚕丝纳米纤维还具有出色的抗腐蚀性能，可以保护设备表面不受腐蚀和氧化的影响，从而延长设备的使用寿命。
综上所述，桑蚕丝纳米纤维作为一种新兴材料，在航空航天领域具有广阔的应用前景。
其轻巧、高强度、耐火、抗菌、防腐蚀等特性使得它成为越来越多飞行器制造商的关注点。
211123149_中产协静电纺丝非织造材料专业委员会成立
Industry产业用19可提高强度且保留高孔隙率。
复旦大学高分子科学系教授彭慧胜作《高分子纤维器件的探索与思考》主题报告。
他表示，纤维电子器件的特点主要包括：柔软、弹性、微型、可高度集成；可通过纺织方法编成透气而导湿的织物。
纤维电子器件具有发电、储能、变色、发光、治疗、计算、通讯等几乎所有电子功能。
在可穿戴设备、新能源、信息技术、物联网、人工智能、大健康、空间探测等广泛领域显示了巨大的应用前景。
中国科学技术大学教授余彦作《电纺丝遇到二次电池——从“锂”到“钠”》主题报告，她表示，锂离子电池在清洁能源应用、电动汽车等领域发挥重要作用，但锂资源供应链安全面临威胁，因此长寿命低成本室温钠硫电池发展势在必行。
高比能电极材料是实现高能量密度电池的关键，电纺丝构筑的纳米纤维复合电极能提高导电性，缓解电极体积变化，促进电子及离子的高效迁移传输，缩短离子传输距离，提高反应动力学。
未来电纺丝能促使电池的性能变得更高、更快、更强。
北京化工大学教授杨卫民作《英蓝“彩虹丝”纳米纤维绿色制造技术创新研究进展》主题报告，重点介绍了纳米纤维静电纺技术、聚合物熔体微分静电纺技术创新研究进展及成果应用，针对熔体粘度高、纤维细化难、成膜不均、熔喷细化不足等，提出了相对应的解决方案，并介绍了聚合物熔体微分电纺气流加捻成纱的创新突破。
香港理工大学应用生物及化学技术学系软物质及器件讲座教授郑子剑作《透气可拉伸电子皮肤》主题报告，其团队开发了一种透气可拉伸电子器件，展示了其透气效果和皮肤测试结果。
他指出，该电子器件通过将液态金属涂覆或印刷到弹性织物上制成，其表面会形成一层薄薄的固体氧化物，在整个拉伸过程中，液态金属发生形变形成的多孔、褶皱网格结构，赋予了器件高透气性、超高拉伸性和导电性能。
清华大学化学系教授张莹莹作《蚕丝纤维材料在柔性智能穿戴领域的应用探索》主题报告，介绍了蚕丝功能复合材料，包括静电纺丝原位包覆制备芯鞘结构导电纤维，同轴3D打印制作纳米碳—蚕丝包芯导电纤维，透明、超弹性、离子导电的蚕丝复合纤维，丝胶蛋白—纳米碳材料印刷电子墨水，丝胶蛋白—石墨烯基耐水洗电子织物等工作。
仿生设计在智能纺织品中的应用与研究进展
第３１卷㊀第６期２０２３年１１月现代纺织技术ＡｄｖａｎｃｅｄＴｅｘｔｉｌｅＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＶｏｌ.３１ꎬＮｏ.６Ｎｏｖ.２０２３ＤＯＩ:１０.１９３９８∕ｊ.ａｔｔ.２０２３０２０３２仿生设计在智能纺织品中的应用与研究进展张㊀蕊１ꎬ郑莹莹１ꎬ董正梅１ꎬ张㊀婷２ꎬ沈利铭２ꎬ王㊀建１ꎬ３ꎬ邹专勇１(１.绍兴文理学院ꎬａ.纺织服装学院ꎻｂ.浙江省清洁染整技术研究重点实验室ꎬ浙江绍兴㊀３１２０００ꎻ２.浙江喜临门软体家具有限公司ꎬ浙江绍兴㊀３１２０００ꎻ３.江南大学纺织科学与工程学院ꎬ江苏无锡㊀２１４１２２)㊀㊀摘㊀要:为进一步推动仿生技术在纺织领域的应用ꎬ并拓宽仿生智能织品的应用领域ꎬ对近几年国内外仿生设计纺织品的研究和发展现状及应用进行综述ꎮ首先介绍了基于仿生设计的隔热纺织品ꎬ归纳了仿动物毛发中空结构㊁羽绒分支结构以及其他生物结构的隔热纺织品ꎻ简要概述了仿生蝴蝶翅膀和仿其他生物结构的结构生色纺织品ꎻ然后分析了基于仿生设计的超疏水纺织品ꎬ总结了仿荷叶㊁水黾腿以及其他生物结构的超疏水纺织品ꎻ阐述了受人体皮肤结构启发的智能纤维以及受自然界中不同动植物结构启发的仿生智能传感纺织品ꎻ最后总结了仿生智能纺织品在多个领域的潜在应用ꎬ并展望其未来发展方向ꎬ以期为仿生设计智能纺织品的广泛应用提供理论和技术参考ꎮ关键词:仿生设计ꎻ智能纺织品ꎻ隔热纺织材料ꎻ超疏水纺织品ꎻ结构生色纺织品ꎻ智能纤维中图分类号:ＴＳ１０６㊀㊀㊀文献标志码:Ａ㊀㊀㊀文章编号:１００９￣２６５Ｘ(２０２３)０６￣０２２６￣１５收稿日期:２０２３０２２３㊀网络出版日期:２０２３０６０７基金项目:绍兴文理学院研究生校级科研项目(Ｙ２０２２０７０６)作者简介:张蕊(２０００ )ꎬ女ꎬ山东菏泽人ꎬ硕士研究生ꎬ主要从事纤维基传感器件方面的研究ꎮ通信作者:王建ꎬＥ￣ｍａｉｌ:ｊｗａｎｇ＠ｕｓｘ.ｅｄｕ.ｃｎ㊀㊀自古以来ꎬ自然界就是人类各种技术灵感和重大发明的源泉ꎮ种类繁多的生物界经过亿万年的进化过程ꎬ使生物体具有优异的结构功能来适应环境的变化ꎬ从而得到生存和发展ꎮ人类长时间的生产实践促进了思维的发展ꎬ人类的智慧不仅仅停留在生存以及认识生物类群上ꎬ而且还运用人类所特有的思维向自然学习ꎬ并设计模仿生物结构或形态ꎬ通过创造性的劳动提高自身的能力[１￣２]ꎮ人类从生物体优异的结构功能中获得启发ꎬ通过模仿生物体的结构㊁形态㊁功能和行为来解决当今所面临的技术问题[３￣４]ꎬ是人类又一伟大的进步ꎮ对于纺织行业而言ꎬ通过对纤维材料进行仿生设计是获得性能优异纺织品的一个重要方法[５￣６]ꎮ智能仿生纺织品主要是受自然界生物体结构和性能的启发来设计的能对外部环境刺激做出反应的纺织品ꎬ使所制备的智能纺织品获得由这些特殊结构带来的优异功能[７￣８]ꎮ随着智能技术和生物科学的不断进步ꎬ仿生技术已经有了很大的发展ꎬ仿生技术在纺织业中的应用也日渐广泛[９￣１０]ꎮ本文对近年来国内外基于仿生设计原理的智能纺织品进行综合分析ꎬ介绍基于仿生设计的隔热纺织品ꎬ归纳仿动物毛发中空结构㊁羽绒分支结构以及其他生物结构的隔热纺织品ꎻ简要概述仿生蝴蝶翅膀和仿其他生物结构的结构生色纺织品ꎻ然后分析基于仿生设计的超疏水纺织品ꎬ总结仿荷叶㊁水黾腿以及其他生物结构的超疏水纺织品ꎻ阐述受人体皮肤结构启发的智能纤维以及受自然界中不同动植物结构启发的仿生智能传感纺织品ꎻ最后总结仿生智能纺织品在多个领域的潜在应用ꎬ并展望其未来发展方向ꎬ以期为仿生设计智能纺织品的广泛应用提供理论和技术参考ꎮ１㊀基于仿生设计的隔热纺织品随着科技的进步ꎬ人们发现许多动物皮毛拥有特殊的内部结构ꎬ以具备优异的隔热保温性能ꎮ通过仿生技术ꎬ研制出可比拟动物毛发特殊结构的隔热保暖纤维ꎬ对开发高性能的隔热保温纺织品具有重要的借鉴意义ꎮ１.１㊀仿生动物毛发中空结构的隔热纺织品北极熊靠着厚厚的毛皮和脂肪层来抵御寒冷ꎬ它们的毛皮看似白色ꎬ皮却是半透明的ꎬ厚厚的毛皮也不止保温[１１]ꎬ更是能够将阳光的热量传至皮肤ꎮ其毛发结构中空多孔ꎬ且壳层质密ꎬ如图１(ａ)所示ꎬ可以有效锁住空气ꎬ避免产生热对流ꎬ减少热量的流失ꎬ从而实现保温的功能[１２]ꎮ因此ꎬ北极熊的毛发结构及其性能具有重要的参考价值ꎮ许多科研人员仿北极熊毛发的微观结构制备出了人造中空纤维ꎮ如Ｗａｎｇ等[１３]采用冷冻纺丝技术制备了一种聚酰亚胺气凝胶纤维ꎮ通过冷冻纺丝技术获得具有对齐孔的聚(酰胺酸(ＰＡＡ))纤维ꎬ通过冷冻干燥工艺之后ꎬＰＡＡ纤维保留了其多孔结构ꎬ通过程序化热酰亚胺化工艺后ꎬ最后将ＰＡＡ纤维转化为聚酰亚胺纤维ꎬ采用这种纤维编织的纺织品具有优异的隔热性能ꎮ类似地ꎬＺｈａｎ等[１４]通过溶液水热方法制备出具有超弹性和隔热性能的宏观尺度碳管气凝胶(ＣＴＡ)ꎬ如图１(ｂ)所示ꎮ其中使用碲纳米线(ＴｅＮＷｓ)作为牺牲模板ꎬ所制备的ＣＴＡ具有优异的抗疲劳机械性能和极低热导率的超绝热性能ꎬ在节能建筑㊁能量储存和航空航天等应用领域中有较大的发展前景[１５]ꎮ除此之外ꎬ湿法纺丝工艺也是制备中空纤维较为常见的方法ꎮＺｈａｏ等[１６]采用湿法纺丝工艺制备了聚氨酯∕聚偏氟乙烯仿生多孔纤维ꎮ该纤维包括定向亚纤维㊁纳米多孔皮层和管状孔ꎬ具有交叉尺度多孔网络的层状纤维结构ꎮ由仿生纤维编织的纺织品与皮革的孔径分布相似ꎬ因此具有优良的热绝缘性能ꎮＷａｎｇ等[１７]采用湿法纺丝和聚合物溶液发泡相结合的方法制备了聚氨酯∕聚丙烯腈中空泡沫纤维ꎮ制备的多孔热塑性聚氨酯∕聚丙烯腈复合纤维具有优异的延展性ꎬ即使在压缩或拉伸变形下ꎬ相应的机织物仍表现出优良的热绝缘性能ꎬ为研制新型结构功能集成纤维隔热纺织材料铺平了道路ꎮ图１㊀北极熊毛发结构和受北极熊毛发启发的制备工艺Ｆｉｇ.１㊀Ｄｉａｇｒａｍｏｆｐｏｌａｒｂｅａｒｈａｉｒｓｔｒｕｃｔｕｒｅａｎｄｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎｐｒｏｃｅｓｓｉｎｓｐｉｒｅｄｂｙｐｏｌａｒｂｅａｒｈａｉｒ㊀㊀同北极熊毛发相似ꎬ企鹅羽毛也是多孔结构ꎬ但企鹅羽毛的主轴内部为 泡沫状 的多孔结构[１８]ꎬ如图２所示ꎬ其外部表面的孔径很小ꎬ这种多孔结构提高了其保温隔热的性能[１９]ꎮ孙正等[２０]以碳纤维为基底制备了一种基于仿生企鹅羽毛排布的防热复合材料ꎬ具有较好的隔热效果ꎬ能够承受高温㊁维持７２２ 第６期张㊀蕊等:仿生设计在智能纺织品中的应用与研究进展恒温㊁质量轻㊁强度高等优点ꎮＹｅ等[２１]受企鹅羽毛的启发ꎬ采用静电纺丝方法制备了聚丙烯腈∕钛酸钡纳米颗粒冷却材料和聚丙烯腈∕炭黑纳米颗粒加热材料的仿生双功能复合材料ꎬ如图３所示ꎬ实现了基于可穿戴织物的个人热管理和自驱动人机交互功能ꎬ对人机界面系统㊁可穿戴电子设备㊁生物医学㊁柔性机器人等领域产生了重大而深远的影响ꎮ图２㊀仿企鹅羽毛和北极熊毛发的高绝缘性能的纤维结构的示意Ｆｉｇ.２㊀Ｓｃｈｅｍａｔｉｃｄｉａｇｒａｍｏｆａｆｉｂｅｒｓｔｒｕｃｔｕｒｅｗｉｔｈｈｉｇｈｉｎｓｕｌａｔｉｎｇｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｔｈａｔｍｉｍｉｃｓｐｅｎｇｕｉｎｆｅａｔｈｅｒｓａｎｄｐｏｌａｒｂｅａｒｈａｉｒ１.２㊀仿生羽绒分支结构的隔热纺织品为了使织物具有良好的隔热效果ꎬ一种方法是通过中空结构的纤维捕获大量的空气以增加热阻ꎬ另一种方法是模仿羽绒的自然特性ꎬ开发具有特殊横截面形状的异性纤维织物[１９]ꎮ其中鹅绒和鸭绒因其特殊的分叉结构和优越的保暖性能被广泛研究和应用于保暖隔热纺织品ꎮ鹅绒结构由一根粗主干纤维和大量细分支纤维组成[２２]ꎬ如图４(ａ)所示ꎮ主干纤维提供机械支撑以确保鹅绒的结构稳定性ꎬ而分支纤维则能够固着更多的静态空气ꎬ起到保暖效果ꎮ尽管羽绒具有优异的性能ꎬ但有关人造羽毛类纤维制备的报道不多ꎬ现有的人造纤维均是在纤维上骨架上生长刚性无机或超分子分支来实现的ꎮ由于使用的材料刚性较高ꎬ纤维分支的长度有了很大的限制ꎮ为此ꎬＸｕ等[２３]采用一种可规模化生产方法制备了鹅绒状对位芳纶纤维及其非织造材料ꎮ通过弱碱溶液(低浓度的氢氧化钠水溶液)处理商用对位芳纶微米纤维ꎬ在化学水解和物理剪切力的共同作用下ꎬ对位芳纶纤维表面剥离生成了大量的纳米纤维分支ꎬ如图４(ｂ)所示ꎮ鹅绒状纤维构成的非织造布具有典型的多尺度纤维形态㊁更大的比表面积和更小的孔径ꎬ也因此具有高隔热性能(导热系数为２６.１ｍＷ∕(ｍ Ｋ))ꎮ杜邦公司采用以丙二醇为原料的聚合物和独特的生产工艺开发出一种新型保暖纤维[２４]ꎬ该纤维材料的蓬松性㊁手感和保暖性接近天然羽绒纤维ꎬ且可以水洗㊁不钻绒ꎬ是天然羽绒理想的替代品ꎮ除了鹅绒之外ꎬ鸭绒同样表现出高度有序和分层的分支结构ꎬ隔热性能主要归功于其纳米尺度和分支结构中的捕获空气ꎮ图３㊀受企鹅毛发启发的双重温度调节材料Ｆｉｇ.３㊀Ｄｕａｌｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｒｅｇｕｌａｔｉｏｎｍａｔｅｒｉａｌｉｎｓｐｉｒｅｄｂｙｐｅｎｇｕｉｎｈａｉｒ８２２ 现代纺织技术第３１卷图４㊀鹅绒结构和仿鹅绒的制备工艺示意Ｆｉｇ.４㊀Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆｇｏｏｓｅｄｏｗｎａｎｄｔｈｅｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎｐｒｏｃｅｓｓｏｆｉｍｉｔａｔｉｏｎｇｏｏｓｅｄｏｗｎ１.３㊀仿生其他生物结构的隔热纺织品除了上述受北极熊和企鹅毛发㊁鹅绒鸭绒启发的隔热纺织材料外ꎬ还有其他的生物结构也可以作为制备仿生隔热材料的参考ꎮＷａｎｇ等[２５]受沙漠中撒哈拉银蚁在极热条件下顽强的生存能力的启发ꎬ通过模仿其微米晶体棒形状的毛发合成了独特的六方氧化锌微棒ꎬ并用聚二甲基硅氧烷(ＰＤＭＳ)进一步涂覆在聚酯织物上ꎬ可以作为坚固的太阳能屏蔽材料ꎬ具有潜在的广泛应用ꎮ除此之外ꎬ被誉为沙漠之舟的骆驼ꎬ可以适应恶劣的沙漠高温环境ꎬ主要是由于驼峰的特殊结构所致ꎬ其结构由外表皮肤㊁脂肪层和汗腺组成[２６]ꎬ如图５(ａ)所示ꎮ当骆驼缺水时ꎬ身体会分解驼峰中的脂肪ꎬ使其转化为水分和能量ꎻ汗腺具有收缩和开放调节机制ꎬ在白天的高温环境下ꎬ最大限度减少水分通过汗腺进行蒸发ꎬ而到了夜晚气温下降时ꎬ则通过热交换的方式进行散热ꎮ图５㊀仿驼峰结构的层级织物设计示意图和工作机制Ｆｉｇ.５㊀Ｓｃｈｅｍａｔｉｃｄｉａｇｒａｍａｎｄｗｏｒｋｉｎｇｍｅｃｈａｎｉｓｍｏｆｈｉｅｒａｒｃｈｉｃａｌｆａｂｒｉｃｄｅｓｉｇｎｉｍｉｔａｔｉｎｇｈｕｍｐｓｔｒｕｃｔｕｒｅ９２２ 第６期张㊀蕊等:仿生设计在智能纺织品中的应用与研究进展武汉纺织大学徐卫林院士团队[２６]据此仿生设计了多层次结构的热防护与热管理纺织品ꎬ如图５(ｂ)所示ꎬ在两层织物之间嵌入有序的热绝缘单元ꎬ可以有效地阻挡人体皮肤的热量散失ꎮ仿驼峰结构的层级织物具有更强的隔热能力ꎬ并能让液体通过分布式排汗通道持续单向流动ꎮ该织物同时显示出低热导率(０.０１９２Ｗ∕(ｍ Ｋ))㊁高透气性和透湿性ꎮ同时在极端条件下(约８０ħ)ꎬ模拟皮肤覆盖的相对湿度和温度比传统的消防员制服低约２０.６ħ和约１３.６％ꎮ２㊀基于仿生设计的结构生色纺织品色彩被运用于纺织品的各个方面ꎮ长期以来ꎬ通过对纺织品添加天然或化学染料而实现着色的方法是最普遍的彩色纺织品制备技术ꎮ然而ꎬ天然和化学染料着色却存在水资源消耗量大㊁对环境存在污染㊁颜色经长时间氧化后易褪色等问题ꎮ随着我国对绿色纺织品和生态纺织品发展的需求越来越迫切ꎬ由此产生了新型环保的结构生色技术ꎬ纺织品结构生色技术受到了纺织行业界研究者的密切关注[２７￣２９]ꎮ２.１㊀仿生Ｍｏｒｐｈｏｔｅｘ蝴蝶翅膀的结构生色纺织品㊀㊀纺织品结构生色技术是一种无须用化学染料着色就能产生的颜色ꎬ其主要是由于物体本身结构的存在对光产生了反射㊁衍射㊁干涉等物理作用产生的颜色[３０￣３１]ꎮ日本帝人公司利用生活在亚马逊河流域的闪蝴蝶翅膀产生结构色的多层薄膜干涉原理ꎬ研发了光干涉显色纤维ＭｏｒｐｈｏｔｅｘꎮＬｉｕ等[３２]制备了仿生的类似黑色素的聚多巴胺(ＰＤＡ)纳米膜涂层ꎬ为了提高色牢度和避免开裂ꎬ采用含反应性环氧基团的聚(甲基丙烯酸缩水甘油酯￣甲基丙烯酸聚乙二醇单甲醚酯)(Ｐ(ＧＭＡ￣ｃｏ￣ＰＥＧＭＡ))共聚物合成黏合剂来提高ＰＤＡ结构彩色薄膜和丝绸织物之间的界面结合强度ꎬ促进了纺织品着色的发展ꎮＹａｎｇ等[３３]通过改变不同的聚合反应时间在白色棉织物上制备聚多巴胺(ＰＤＡ)膜ꎬ获得结构彩色棉织物ꎮ通过将含聚乙烯吡咯烷酮的内酰胺基团添加到具有邻苯二酚基团的ＰＤＡ膜中以形成强氢键ꎬ提高了ＰＤＡ装饰的结构彩色膜在棉织物上的色牢度ꎬ促进了结构着色在纺织品中的实际应用ꎮ除了通过化合物的聚合使织物生色外ꎬ热辅助自组装和重力沉降法也可以很好地使织物生色ꎬ如Ｌａｉ等[３４]采用热辅助自组装和重力沉降法制备了一种含氧化铜纳米颗粒和银纳米颗粒的聚苯乙烯胶体光子晶体彩色薄膜ꎬ由于铜和银材料比聚苯乙烯致密ꎬ因此金属纳米颗粒在基板底部的沉积物可以吸收散射光ꎬ从而产生生动的结构颜色ꎬ为纺织织物和仿生学的未来应用提供了可调的结构颜色ꎮ除了上述两类生色的制备工艺之外ꎬ有一种生成结构颜色的激光写入方法ꎬ无需精确复制生物结构ꎮＺｙｌａ等[３５]提出了一种基于３Ｄ直接激光写入技术成功制造模仿Ｍｏｒｐｈｏｔｅｘ蝶形的层状纳米结构的方法ꎬ使用双光子聚合在单个光敏材料中创建变形圣诞树结构的自适应横截面几何形状ꎬ不需要精确复制其表面结构ꎬ仅仅是模仿蝴蝶生物的空气和表皮尺寸的层状纳米结构ꎬ如图６所示ꎬ就可以生成结构颜色ꎮ结构生色纤维和纺织品的最大优点在于它不会像普通印染纤维和纺织品一样出现褪色的现象ꎬ而且３Ｄ直接激光写入技术可以产生多种不同的颜色ꎬ该技术为结构生色纺织品提供了新的思路ꎮ图６㊀Ｍｏｒｐｈｏ蝶的结构色和翅膀组成㊁仿Ｍｏｒｐｈｏ蝶的微结构Ｆｉｇ.６㊀ＳｔｒｕｃｔｕｒａｌｃｏｌｏｒａｔｉｏｎａｎｄｗｉｎｇｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎｏｆＭｏｒｐｈｏｂｕｔｔｅｒｆｌｉｅｓꎬｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆＭｏｒｐｈｏｍｉｍｉｃ２.２㊀仿生其他生物结构的结构生色纺织品孔雀羽毛和宝石甲虫翅膀呈现出各种各样的颜０３２ 现代纺织技术第３１卷色ꎬ给人一种天然的美感ꎬ其内部结构也有其特殊性ꎮ据研究人员发现ꎬ它们内部黑色素颗粒的周期性排列导致光的干涉ꎬ黑色颗粒能够吸收散射光ꎬ从而产生明亮的结构色[３６]ꎮ如图７(ａ)所示ꎬ在孔雀羽毛内部ꎬ棒状黑色素颗粒形成周期性的微观结构ꎬ吸收散射光并产生明亮的结构色[３７￣３９]ꎮ此外ꎬ宝石甲虫翅膀的闪亮绿色是来自多层干涉的典型结构色ꎬ如图７(ｂ)所示ꎬ大约有２０层黑色素和角质层交替堆叠ꎬ结构色清晰可见ꎬ其中微结构中的黑色素层适当吸收散射光[４０￣４１]ꎮ因此ꎬ聚多巴胺(ＰＤＡ)作为一种黑色素模拟材料引起了人们的关注ꎮＦａｎｇ等[４２]提出了一种基于高色牢度ＰＤＡ结构色纳米膜的环保型纺织品染色新方法ꎬ通过多巴胺的聚合反应在棉织物上成功制备了ＰＤＡ纳米膜结构色ꎮ该研究促进了纺织工业领域的清洁染色ꎮＺｈｕ等[４３]采用硫酸铜(ＣｕＳＯ４)∕过氧化氢(Ｈ２Ｏ２)诱导法在真丝织物表面构建均匀的ＰＤＡ￣黑色素膜ꎬ通过控制不同上层膜的厚度ꎬ制备了黄㊁红㊁蓝㊁绿色四种不同结构的彩色薄膜ꎮ其中由于ＰＤＡ￣黑色素聚集体纳米颗粒的独特排列和强烈的光吸收特性ꎬ所获得具有结构色的织物不依赖于角度ꎬ具有优异的颜色可见性ꎮ该方法制备不需要任何染料ꎬ颜色均匀ꎬ为织物结构色的功能性整理提供了新的思路和理论依据ꎮ图７㊀孔雀羽毛和宝石甲虫示意Ｆｉｇ.７㊀Ｄｉａｇｒａｍｏｆｐｅａｃｏｃｋｆｅａｔｈｅｒａｎｄｊｅｗｅｌｂｅｅｔｌｅ３㊀基于仿生设计的超疏水纺织品超疏水纺织品因其表面防水㊁防污㊁自清洁等特性ꎬ在日常生活㊁医药卫生㊁工农业生产㊁能量转换和环境保护等各个领域有广泛具有的应用ꎮ研究发现自然界中的荷叶表面㊁蝴蝶翅膀及水鸟羽毛等因具备优异的超疏水性能ꎬ可以达到自清洁功能ꎬ其核心是具有特殊 微纳 的粗糙结构ꎬ而有效利用仿生技术设计并构建出耐久的 微纳 的结构是超疏水纺织品改性的关键ꎮ３.１㊀仿生荷叶结构的超疏水纺织品早期的疏水性材料主要用于人们生活防护上ꎬ如雨鞋㊁雨衣㊁雨伞等ꎮ随着功能性纺织品的不断发展ꎬ疏水性材料在织物上的应用也越来越广ꎮ最典型的疏水表面是以荷叶为代表的自清洁功能的植物ꎬ通过对荷叶微观结构的分析[４４]ꎬ研究者发现荷叶的自清洁功能不仅源于粗糙表面上微米级的乳突结构及表面蜡晶ꎬ还因为荷叶表面微米结构乳突上存在着纳米结构ꎬ这种微米结构和纳米结构相结合的多级结构是荷叶表面具有自清洁功能的根本原因[４５￣４６]ꎮ正是这种具有自清洁功能的纳米结构ꎬ成为科学界热门的研究对象ꎮ抗机械能力弱是织物超疏水性能的痛点ꎬ研究人员纷纷尝试不同的材料及方法来制备机械耐久性超疏水织物ꎬ如Ｗａｎｇ等[４７]利用烟道气废弃物￣粉煤灰制备了多功能超疏水织物ꎬ该织物具有优异的超疏水性㊁自清洁性㊁抗机械能力㊁光催化性以及自熄阻燃性能ꎬ在许多领域中有较广阔的发展前景ꎮＦｏｏｒｇｉｎｅｚｈａｄ等[４８]采用喷雾法制备了稳定的无氟超疏水棉ꎬ将制备的乙烯基改性的二氧化钛水溶胶喷涂在平纹棉织物上ꎬ然后将ＰＤＭＳ溶液喷涂在经改性的二氧化钛涂布的织物上ꎬ从而制备了超疏水性海绵ꎮ该织物具有优异的自清洁性㊁化学稳定１３２ 第６期张㊀蕊等:仿生设计在智能纺织品中的应用与研究进展性以及耐久性ꎬ在日常生活中可以用作防水和自清洁服装ꎮＺｈａｎｇ等[４９]采用一锅浸渍法ꎬ将棉织物浸入多巴胺㊁硝酸银㊁十六烷基三甲氧基硅烷的乙醇溶液中制备了超疏水棉织物ꎬ其接触角可达１６３.５ʎʃ１.５ʎꎬ油水分离效率高达９７％ꎬ因此该织物具有良好的机械性能㊁化学性能和稳定性ꎬ可以重复用于油水分离ꎮ实现织物的超疏水性能还可以对织物表面进行改性以形成微纳米多级结构ꎬ以此来提高疏水性能[５０]ꎮＣｈｅｎｇ等[５１]采用环境友好的酶蚀刻法对织物表面进行微纳结构粗糙化ꎬ然后通过热化学气相沉积工艺用甲基三氯硅烷对其进行改性ꎬ构造了复合超疏水真丝织物ꎬ如图８所示ꎮ该织物具有良好的自清洁性能和机械耐久性ꎬ且对织物的光泽㊁色泽㊁柔软性等性能影响较小ꎮＨｅ等[５２]提出了一种通过原位氟化诱导的径向聚合在商业聚酯织物上的新型表面设计策略ꎮ通过与甲基丙烯酸三氟乙酯和二乙烯基苯的径向引发接枝共聚ꎬ将具有双键的超支化纳米二氧化硅共价接枝到表面ꎬ所获得的超疏水织物显示出优异的耐久性和憎水性ꎮ此外ꎬ聚倍半硅氧烷超疏水整理也是一种微结构疏水方案ꎬＰＯＳＳ是一种新型的有机和无机结合的杂化材料ꎬ是具有三维结构的有机硅烷化合物ꎬ它特殊的纳米结构㊁纳米尺寸效应㊁交联效应及对聚合物的有效改性ꎬ吸引着人们极大关注ꎮ因此Ｈｏｕ等[５３]采用光诱导巯基￣烯点击化学方法ꎬ利用巯基硅烷对纤维进行表面改性ꎬ再与甲基丙烯酰￣七异丁基半硅氧烷(ＭＡＰＯＳＳ)进行点击偶联ꎬ增加了织物的表面粗糙度ꎬ降低了织物的表面能ꎬ成功制备了基于多面体低聚倍半硅氧烷(ＰＯＳＳ)的超疏水织物ꎬ如图９所示ꎮ该织物具有优异的耐腐蚀性㊁耐紫外线㊁耐高温㊁耐超声波洗涤以及耐机械磨损性能ꎮ图８㊀采用酶蚀刻法制备超疏水织物示意图及其超疏水织物的ＳＥＭ结构Ｆｉｇ.８㊀ＳｃｈｅｍａｔｉｃｄｉａｇｒａｍｏｆｓｕｐｅｒｈｙｄｒｏｐｈｏｂｉｃｆａｂｒｉｃｐｒｅｐａｒｅｄｂｙｅｎｚｙｍｅｅｔｃｈｉｎｇａｎｄＳＥＭｉｍａｇｅｏｆｓｕｐｅｒｈｙｄｒｏｐｈｏｂｉｃｆａｂｒｉｃ图９㊀通过光诱导硫醇￣烯点击化学制备超疏水织物的过程示意Ｆｉｇ.９㊀Ｓｃｈｅｍａｔｉｃｄｉａｇｒａｍｏｆｓｕｐｅｒｈｙｄｒｏｐｈｏｂｉｃｆａｂｒｉｃｐｒｅｐａｒｅｄｂｙｐｈｏｔｏ￣ｉｎｄｕｃｅｄｔｈｉｏｌ￣ｅｎｅｃｌｉｃｋｃｈｅｍｉｓｔｒｙ２３２ 现代纺织技术第３１卷３.２㊀仿生水黾腿结构的超疏水纺织品在自然界中ꎬ除了众所周知的仿荷叶结构所制备的超疏水纺织品外ꎬ还一些具有层次结构和粗糙度的动物表面可以产生显著的超疏水性ꎮ如水黾具有在水面上站立行走而不被浸湿的能力ꎮＧａｏ等[５４]表明ꎬ水黾腿部由大量细微纳米凹槽的定向微小毛发覆盖ꎬ并覆盖有角质层蜡ꎬ如图１０所示ꎬ使腿部表面防水ꎬ并使它们能够在水面上快速站立和行走ꎮ因此ꎬ启发于水黾腿纤维结构ꎬ在织物表面上形成纳米分层结构也可以提供超疏水能力ꎬ如Ｇａｏ等[５５]提出了微米和纳米级分层二氧化硅颗粒涂覆在织物上以实现超疏水仿生表面结构ꎮ采用溶胶￣凝胶法获得各种尺寸的溶胶颗粒ꎬ通过低温两步涂布工艺对织物进行涂布ꎬ由于考虑到含氟化合物基团对环境和健康存在潜在危害ꎬ选择长链烷基硅烷作为低表面能剂ꎬ对粗糙处理后的织物表面进行改性ꎬ所得的织物具有优异的疏水性ꎮ图１０㊀水黾腿纤维结构示意Ｆｉｇ.１０㊀Ｓｃｈｅｍａｔｉｃｄｉａｇｒａｍｏｆｆｉｂｅｒｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆｗａｔｅｒｓｔｒｉｄｅｒｌｅｇ３.３㊀仿生其他生物结构的超疏水纺织品科学家通过研究壁虎脚㊁蚊子腿以及蛾翅膀等其他生物的内部结构ꎬ指出其表面结构是由微米∕纳米级双重结构组成ꎬ这种微米∕纳米级双重结构正是其超疏水性的原因ꎮ因此ꎬ研究人员们通过采用各种方法在织物表面形成微米∕纳米级双重结构从而使其具有超疏水性能ꎮ如Ｐａｎ等[５６]采用原位生长和浸涂法ꎬ在棉织物上制备了一种耐久㊁稳定的聚二甲基硅氧烷(ＰＤＭＳ)￣硬脂酸铜(ＣｕＳＡ２)超疏水涂层ꎬ从而制备了耐久性超疏水织物ꎮ制备过程无复杂工序ꎬ所用原料较为廉价ꎮ该织物显示出良好的超疏水性能ꎬ其接触角为１５８ʎꎬ同时具有良好的机械耐久性ꎮ此外ꎬＹａｎ等[５７]受黑色素和海洋贻贝的启发ꎬ通过快速氧化聚合将多巴胺在短时间内涂覆在真丝织物上ꎬ并通过聚多巴胺二级反应平台将Ｆｅ２＋接枝到织物表面ꎬ制备了具有超疏水性ꎬ阻燃性和抗紫外性的真丝织物ꎮ４㊀基于仿生设计的智能传感纺织品随着仿生设计和智能传感纺织材料的结合ꎬ智能纺织传感器在防护㊁体育㊁医疗㊁军事等领域有着巨大的发展潜力[５８]ꎬ为此成为研究者关注的焦点ꎮＺｈｕ等[５９]制备了一种多孔结构的碳纳米管∕炭黑￣聚氨酯涂层的织物和导电尼龙纤维叉指电极图案化的织物组装而成的压力传感器ꎬ该传感器具有高灵敏度㊁短响应时间和宽感测范围ꎬ可以与人体表面稳定贴合ꎬ以实现生理信号监测ꎮ４.１㊀受人体皮肤结构启发的智能纤维皮肤是人体最大的器官ꎬ它可以通过不同的皮下组织ꎬ根据外界产生的信息直接与外界相互作用ꎬ从而通过神经中枢完成对不同信息的感觉过程ꎮ受此启发ꎬＺｈａｎｇ等[６０]利用天然纤维素的自组装方法形成多孔超分子纤维网络ꎬ设计了一种新型的具有皮肤特性的纤维素仿生水凝胶(ＣＢＨ)ꎬ该水凝胶显示出优良的特性ꎬ如高拉伸性和强度㊁低模量㊁优异的弹性以及良好的生物相容性ꎬ可作为灵敏可靠的应变传感器用于人体运动监测ꎮ此外ꎬ在水性环境中实现了稳定的信号输出ꎮＷａｎｇ等[６１]报道了一种基于自组装策略的新型离子诱导技术ꎬ通过湿法纺丝法在凝固浴中形成具有仿生绒毛状表面的纤维ꎬ然后加入羟基脲进行特殊的银镜反应ꎬ得到Ａｇ∕ＡｇＣｌ∕ＰＥＤＯＴ:ＰＳＳ复合纤维具有稳定的三层核壳结构ꎬ如图１１所示ꎮ仿生Ａｇ∕ＡｇＣｌ∕ＰＥＤＯＴ:ＰＳＳ复合纤维具有双向响应性和增强的灵敏度ꎬ并对反复的外部应力表现出优异的稳定性ꎬ利用其组装的压力传感器ꎬ可以用于小应力的监测㊁柔性机器人㊁医学假肢等方面ꎮＧｈｏｓｈ等[６２]使用大面积且结构稳定的鱼胶３３２ 第６期张㊀蕊等:仿生设计在智能纺织品中的应用与研究进展。
桑蚕丝的纳米纤维制备技术
桑蚕丝的纳米纤维制备技术桑蚕丝是一种珍贵的纤维材料，具有良好的柔软性、高强度和优异的耐久性。
然而，传统的桑蚕丝纤维制备技术存在一些限制，如纤维直径较粗、纳米级结构较少等。
为了克服这些限制，研究人员开发了一种创新的纳米纤维制备技术，可以将桑蚕丝纤维转化为纳米级纤维材料。
这种纳米纤维制备技术主要基于电纺技术，该技术利用电场作用在液滴表面形成纤维。
具体来说，首先将桑蚕丝溶液制备成粘性较高的溶液，然后通过一系列工艺步骤，如喷涂、喷雾、涂覆等，将溶液均匀地涂布在导电性基底上。
接下来，将基底放置在电纺设备中，通过高压电场的作用，使溶液表面的液滴极细化，并通过溶剂挥发将溶液转化为纤维。
最后，将纤维进行固定处理，使其形成一定长度的纤维网络。
与传统的桑蚕丝纤维相比，通过纳米纤维制备技术制备的桑蚕丝纤维具有许多显著的优势。
首先，纳米纤维直径更细，可以达到纳米级甚至亚纳米级，提高了纤维的比表面积，增强了其吸附能力和反应活性。
其次，纳米纤维的结构更加均匀，具有更好的力学性能和稳定性。
此外，通过纳米纤维制备技术，还可以控制纤维的形态和排列方式，以满足不同应用领域对纤维性能的要求。
纳米级桑蚕丝纤维材料在许多领域具有广泛的应用潜力。
首先，由于其良好的柔软性和透气性，可用于纺织品领域，制备高品质的针织品和面料。
其次，纳米纤维的高比表面积可用于催化剂载体和吸附材料，用于水处理、空气净化等领域。
此外，纳米级桑蚕丝纤维还可以应用于生物医药领域，用作药物传递系统、组织工程支架等。
因此，纳米纤维制备技术为开发新型桑蚕丝纤维材料提供了重要的途径。
然而，桑蚕丝的纳米纤维制备技术还面临一些挑战和局限性。
首先，制备工艺需要较高的设备要求和专业技术，导致技术成本较高。
其次，纤维的力学性能和稳定性仍需进一步提高，以满足实际应用的需求。
此外，纳米纤维的大规模制备和产业化仍存在一定的困难。
因此，未来需要继续深入研究和开发桑蚕丝的纳米纤维制备技术，以解决现有技术面临的挑战。
纤维化学与物理
第一章纤维素纤维1、画出棉纤维的横向形态结构图，并标示出其各部分的名称，以及各部分的物质组成，描述纵向结构横向形态结构初生胞壁：主体是纤维素，但含较多杂质。
次生胞壁：主要是纤维素。
胞腔：原生质残渣（沉积在纤维内壁上），蛋白质，矿物盐，色素。
棉纤维的纵向形态：扁平带状，有天然扭曲，6-10捻/毫米，纤维越细，捻数越多2、麻纤维形态结构的主要特征是什么？横向：椭圆形或多角形，内有胞腔；纵向：有竖纹或横节（麻节）。
3、写出纤维素的分子结构式，指出其分子结构特征分子结构特征：1.由卩-d-葡萄糖剩基通过1,4-甙键连接而成，含大量甙键（缩醛性质）。
2.相邻葡萄糖环倒置，在纤维素大分子上对称分布，形成晶格；无定形区可以有阶梯式。
3.重复单元数不等于聚合度（以倒置式代表纤维素的结构式）DP=n,重复单元数=（n-2）/2。
4.含有大量羟基，可发生醇类的反应。
分子间可形成氢键。
仲羟基伯羟基甙羟基（潜在醛基）左端31中间21右端2114、比较棉、丝光棉、麻、普通粘较纤维的聚集态结构（包括无定形部分、结晶度、取向度、适用的聚集态结构模型）棉、麻：可用缨状原纤维模型。
它们的无定形区是由原纤之间由一些大分子联结起来形成的。
普通粘胶纤维：适用缨状微胞模型，无定形区的大分子链无规卷曲且相互缠绕，结晶区和非结晶区不能截然分开，同一根分子链可能穿过晶区和非晶区。
麻纤维：聚合度高，结晶度高，取向度高。
棉纤维：聚合度高，结晶度高，取向度较高。
粘胶纤维：聚合度低，结晶度低，取向度低。
丝光棉比普通棉取向度大，结晶度小。
5、画出棉、麻、普通粘较纤维的S-S曲线，比较棉、麻、粘胶的S-S曲线的差异（模量、断裂强度、断裂延伸度、屈服点等）并从结构的角度进行解释。
粘胶低高有低软弱虽棉中中无中硬强麻高低无高硬脆强度： 延伸度：屈服点：初杨氏模量评价：从结构来分析：①一般取向度越高，结晶度越高，强度越高，模量越大，断裂延伸度越小。
②断裂肌理不同：棉麻（天然纤维素纤维）断裂肌理：由于大分子排列的不整齐性，纤维上存在薄弱环节，当纤维受力时，会在此处首先断裂，这是共价键先断裂。
D09.纤维材料改性与复合技术
11:35-12:05 D09-14 基于血管化能力优化设计的丝蛋白创面修复材料 丁召召，路晓红，吕强 苏州大学
单元 D09-3：7 月 12 日下午 主持人：陶光明，张耀鹏 地点：15 馆-2F-10
16:15-16:45 D09-06 石墨烯-水溶性高分子复合功能纤维 拜永孝 兰州大学
16:45-17:10 D09-07 Electrospun carbon-based nanofibers for oxygen electrocatalysis Yongpeng Lei1, Yingde Wang2 1. Central South University 2. National University of Defense Technology
15:00-15:25 D09-18 亲水性纳米纤维气凝胶的制备及其应用研究 查刘生 东华大学
15:25-15:45 茶歇
15:45-17:10 中国材料研究学会纤维材料改性与复合技术分会 第一届常务理事会第一次会议
单元 D09-4：7 月 13 日上午 主持人：徐锦龙，张道洪 地点：15 馆-2F-10
D09. 纤维材料改性与复合技术
分会主席：朱美芳，王玉萍，彭慧胜，高超，王松林
单元 D09-1：7 月 11 日下午 主持人：高超，李清文 地点：15 馆-2F-10
13:30-14:00 D09-01 多功能碳纳米管纤维 李清文 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所
14:00-14:30 D09-02 面向智能服装的功能纤维 王宏志 东华大学
D09-2
D09-P14 原子尺度调控碳的分布提高硅基负极材料的稳定性 朱冠家，杨建平 东华大学
功能性蚕丝纤维研究新进展童爱心,史芷丞,乔思
纤维材料,研究人员甚至开发了多种物理化学手段,
如等 离 子 体 处 理 [17]、辐 照 [18]、物 理 吸 附 [19]、磁 控 溅
射
、涂 层
[
20]
、层 层 自 组 装
[
21]
[
22]
以及原子层沉积
[
23]
等以实现蚕丝纤维 的 高 附 加 值 利 用,且 取 得 了 极 大
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荧光的蚕丝絮团,这 些 絮 团 在 日 照 下 能 显 示 出 温 和
的 相 应 颜 色,在 紫 外 线 照 射 下 则 能 呈 现 出 亮 丽 的 色
蚕丝纤维增强聚丙烯复合材料力学性能的试验优化设计
表 １ 纤维的物理性质
纤维
纤维长度 ／ 纯度 ／
ｍｍ
Ｄｅｎｉｅｒ
力度 ／ （ｇ／ｄｅｎ）
丝绸
７５
１１０
４５
聚丙乙烯 ５１
２５
５５
延伸率 ／ ％
１３５０ １１１２
２１ 材料 利用无梭织机织布废料回收的蚕丝纤维作为聚
丙烯基质中的增强剂．通过除去现有的非丝素材料， 即棉纱罗纱，清洁这种绸边硬废料．图 １描绘了从无 梭织机获得的丝绸布边废条的摄影图像．使用实验 室模型硬质废弃物开放机，在最佳条件下，以 ５５３ｒ／ ｍｉｎ的 舔 入 速 度、３５４ｒ／ｍｉｎ的 汽 缸 速 度、以 及 以 １１ｔｈｏｕ的舔入设定的进给辊，将这些丝质废弃物开 放成纤维状．这种开放的丝绸布边废料被用作增强 复合材料的制造，如图 ２所示．
摘要：采用 Ｂｏｘ－Ｂｅｈｎｋｅｎ响应面试验设计，对蚕丝纤维增强聚丙烯复合材料压缩成型工艺参数 进行了优化．采用无梭织机织布废料作为增强材料，在聚丙烯纤维基质中进行增强处理．对蚕丝 纤维增强聚丙烯复合材料的力学性能有关的模压成型的工艺参数（温度（１６５～１８５℃）、时间（７ ～１５ｍｉｎ）和压力（３５×１０５～４５×１０５Ｐａ）进行了优化．在最佳参数为温度 １７７５，时间 ７ｍｉｎ和压 力 ３５×１０５Ｐａ条件下，获得了压缩成型的最佳力学性能．预测模型关于优化后的参数水平具有良 好的响应． 关键词：制造；复合材料；强度；响应面设计；预测模型 中图分类号：Ｏ２１３１ 文献标志码：Ａ 文章编号：１６７２－８５１３（２０１９）０４－０３９８－１０
１ 引言
天然纤维增强复合材料由于具有减少对不可再 生能源的依 赖、降 低 污 染 物 排 放、降 低 温 室 气 体 排 放、提高能量回收率和寿命终结生物降解性等环境 效益而被广 泛 应 用 于 许 多 领 域［１］．此 外，用 作 增 强 体的复合材料中的天然纤维具有易加工性、低密度、 轻质、非研磨性、低成本且危险性较小［２］．复合材料 性能受加工条件、基质与增强材料的配比与性能、基 体与增强材 料 之 间 的 粘 结 性、增 强 材 料 的 形 状、尺 寸、取向及分布等因素的影响．这些特性可以通过适 当选择合适的纤维、基质、添加剂和生产方法以便适 用于各种类型的应用．
吃下碳纳米材料 蚕宝宝吐出超强丝
吃下碳纳米材料蚕宝宝吐出超强丝
清华高校讨论人员给蚕宝宝喂食石墨烯或者单壁碳纳米管后，其吐出的“蚕丝”更加牢固强韧。
据《科学美国人》杂志网站10日报道，这种碳增加丝可应用在耐久防护织物、可生物降解的医学植入物及环保型可穿戴电子设备中。
为制作碳增加丝，清华高校的张莹莹和同事直接给蚕幼虫所食桑叶中喷淋了含有碳纳米管或石墨烯（占总重0.2%）的水溶液，然后在幼虫吐丝结茧后收集蚕丝。
报道称，这种直接喂养含碳水溶液的方式，与直接处理已结茧蚕丝的方法相比，更简洁也更环保。
更重要的是，碳增加丝反抗外力破坏的韧性增加一倍，承受的应力高出至少50%。
讨论团队将这种丝加热到1050摄氏度，并进一步讨论碳化后的蚕丝蛋白纤维的电导率和结构。
拉曼光谱和电子显微镜成像表明，掺入纳米材料的碳增加丝的晶体结构排列更为有序。
上海东华高校高分子化学家沈青曾在2023年用30纳米多壁碳纳米管制造出新型丝纤维，他认为张莹莹团队使用的1—2纳米单壁碳纳米管材料“更适合融入蚕丝蛋白晶体结构”。
曾靠给蚕幼虫喂食纳米二氧化钛生产出抗紫外线降解丝绸的材料科学家张耀鹏说，清华团队“供应了大规模生产高强度蚕丝纤维的简洁方法，其精彩的电导率使它更适合应用在嵌入式智能纺织品及可阅读神经信号的传感器中”。
1。
纬编导电织物多重性能及其制备的研究进展
纬编导电织物多重性能及其制备的研究进展作者：王盼王朝晖来源：《丝绸》2022年第06期摘要：为促进智能针织产品的设计与研发，文章系统归纳了纬编导电织物及其类别，综述了3种不同性能导电织物作用机理及应用进展，并对其制备要点进行探讨。
电-力学性能织物对线圈结构依赖性极强，因其影响因素过多，无法形成统一的性能评判标准;湿度传感织物利用织物自身、湿敏材料或导电材料亲水性来实现电阻变化，因外力拉伸与湿度变化均能影响织物电阻，故制备时可增加复合层以防两者产生耦合效应;电热性能织物受导电材料、制备工艺及加载电压影响，可采用镀银纱线或聚吡咯进行制备且前者性能优于后者。
进一步指出，加强高性能纤维材料研发、改善制备工艺、加快自供电技术应用，以及建立完善的安全測试标准是智能针织产品未来的发展方向。
关键词：纬编;导电织物;电-力学性能;湿度传感;电热性能;智能可穿戴;自供电技术中图分类号：TS186.2 文献标志码：A 文章编号： 10017003（2022）06005008引用页码： 061107DOI： 10.3969/j.issn.1001-7003.2022.06.007（篇序）基金项目：中央高校基本科研业务费专项资金资助项目（2232020G-08）;上海市科学技术委员会国际合作项目（21130750100）作者简介：王盼（1991），女，博士研究生，研究方向为服装先进制造。
通信作者：王朝晖，教授，******************.cn。
近年来，随着科技的进步与经济的发展，人们对现代纺织品的需求不再局限于防寒保暖，智能化设计已成为消费者的新需求[1-2]。
智能纺织品正受到各界人士的广泛关注，其应用领域也逐渐涉及到人们日常生活的各个方面。
纬编导电织物因其独特的组织结构与服用性能[3]，成为智能纺织领域的研究重点之一。
针织线圈结构不仅为导电织物提供了极好的全向拉伸性能[4]，还使其具备了梭织、刺绣、无纺等其他织物无法比拟的弹性及柔软贴体性[4]。
桑蚕丝的纳米纤维应用在电子技术
桑蚕丝的纳米纤维应用在电子技术纳米科技正成为当代科学领域的热点，其开创了一个全新的领域。
在这个领域中，桑蚕丝的纳米纤维应用在电子技术中具有巨大的潜力。
桑蚕丝是一种传统的天然纤维，具有多种优良性质，其纳米纤维的应用能够极大地提高电子技术的性能和应用范围。
首先，桑蚕丝的纳米纤维具有良好的导电性能。
纳米纤维是以纳米米级尺寸的颗粒、纤维或者管状物为基础结构的纤维材料。
由于其尺寸的特殊性，纳米纤维具有较大的比表面积和更好的导电性能。
而桑蚕丝经过纳米材料处理后，纤维尺寸变小，表面积增大，从而极大地提高了导电性能。
这种导电性能的提升使得桑蚕丝纳米纤维在电子技术中的应用变得更加广泛。
例如，纳米电子器件的制造和纳米传感器等都可以利用桑蚕丝的纳米纤维来实现。
其次，桑蚕丝的纳米纤维具有优异的机械性能。
由于其纤维尺寸的微小特性，纳米纤维更容易弯曲和变形，从而具有更好的拉伸性和抗压性能。
这种优异的机械性能使得桑蚕丝纳米纤维可以用于制造柔性的电子器件和电子产品。
例如，柔性显示器技术正在迅速发展，而桑蚕丝的纳米纤维可以应用于柔性显示器的制备，使得显示器更加柔软、轻薄便携，并且具有更好的抗震和抗摩擦性能。
此外，桑蚕丝的纳米纤维具有出色的热稳定性和耐高温性能。
在电子技术中，热稳定性是一个至关重要的特性，尤其是对于高温环境下的电子器件和电池。
桑蚕丝的纳米纤维通过纳米处理，使得纤维结构更加紧密，从而提高了纤维的热稳定性和耐高温性能。
这使得桑蚕丝纳米纤维在高温环境下的应用变得更加可靠和稳定，能够在极端的环境条件下正常工作。
此外，桑蚕丝的纳米纤维还具有很好的渗透性和吸湿性。
纤维的纳米级尺寸和多孔结构，使得桑蚕丝纳米纤维具有更好的渗透性和吸湿性。
这使得桑蚕丝纳米纤维在电子技术中的应用具有更好的通透性和湿度调节性能，从而提高了电子产品的稳定性和可靠性。
例如，在电子设备的保护与散热方面，桑蚕丝纳米纤维可以用于制备导热材料，以提高电子器件的散热效能。
来自清华大学的智能服装与功能性面料
来自清华大学的智能服装与功能性面料作者：王虹来源：《中国纤检》2014年第05期能否想象自己穿着一件种有绿色植物的衣服，随着所处环境光线的不同，衣服上的植物也会呈现不同状态？清华大学研究出的智能时装中，有一款以“生态奢侈品”为理念，正好实现了这一功能。
智能时装（Smart Fashion）指的是融合了计算机和高端电子技术的时装和饰品，代表了当今时尚与科技领域的一次革命性融合。
与传统服装最大的区别是，智能时装需要借助一些新材料和新技术来实现。
专家指出，无论在欧美市场，还是亚洲市场，智能时装都有广阔的发展前景。
近日，本刊记者专访了清华大学美术学院染织服装系副教授臧迎春博士。
功能各异的智能时装据臧迎春介绍，在利用自身优势资源的基础上，清华大学美术学院着眼于国际前沿技术，与美国帕森斯大学、荷兰的国际著名艺术家Anouk Wipprecht合作，在设计和技术上形成“强强联合”，完成了多款智能服装作品的设计。
作为一次具有前瞻性和探索性的跨学科创作，清华大学美术学院旨在借助新的形态和价值理念，会更多地关注一些国际性、社会性的问题。
比如可持续发展、人际交往、防止被动吸烟、自我防御和情感交流等具有现实意义的议题，将声光控技术、Arduino互动技术和机电技术与服装结合在一起。
我们希望能够借助此次机会，为国内时尚设计开启一扇新门，推动中国时尚迈入“智能”时代。
臧迎春还介绍了一款能够自我防御的衣服。
自然界中有生命的物种通常拥有本能的自卫机制，当敌人入侵时，它们会为保护自己不受伤害而做出各种各样的防御行为，这款设计通过距离感应产生玻璃碎裂的声音来传达一种恐吓的感觉，让靠近穿着者的人望而生畏，从而给予穿着者更多的自由和空间。
“以生态奢侈品为理念，我们尝试将技术、自然植物与服装设计相结合，将绿色自然之物像佩戴珍贵的奢侈品一样穿戴在身上，同时以交互设计的方式在穿着者身体空间范围内建立相对独立完整的自身生态系统。
同样一件衣服，一天内会根据光线不同呈现不同的状态，让人有不同心态，同时让人感觉生活在自然环境中。
用智能纤维编织神奇生活
用智能纤维编织神奇生活
佚名
【期刊名称】《纺织科技进展》
【年(卷),期】2012(000)002
【摘要】粗糙麻袋能变成舒适柔软的服装，采用了杂化材料的衣服会向你“嘘寒问暖”，纳米复合材料制造的人工器官比我们自己的“原装件”工作得更好……乍一听似乎不可思议，但智能纤维材料的问世有望让这一切变成现实。
前不久，在智能纤维材料领域成就卓著的东华大学材料科学与工程学院院长朱美芳，获得了第七届“中国青年女科学家奖”。
这位小时侯穿不起“的确良”的女科学家，二十余载潜心研究智能纤维，编织了一个神奇的纤维世界。
【总页数】1页(PI0003-I0003)
【正文语种】中文
【中图分类】TS102.528
【相关文献】
1.编织神奇的绘本花海 [J], 邱斯吟
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3.试验技师藕长洪：神奇“一手抓”编织“大桥梦” [J], 曹巍;张静;柯文翔;李赢;
4.神奇的智能纤维及其织物 [J], 王去祥
5.光影编织的神奇之网──从《罗生门》蓝本到影像 [J], 翟雅丽;黄翠兰
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蚕丝基智能纤维及织物:潜力、现状与未来展望
蚕丝基智能纤维及织物：潜力、现状与未来展望
张勇;陆浩杰;梁晓平;张明超;梁华润;张莹莹
【期刊名称】《物理化学学报》
【年(卷),期】2022(38)9
【摘要】纤维及织物因具有良好的柔性、透气性以及适宜的力学性能而成为人们日常生活必不可少的材料。
随着柔性电子器件的快速发展,纤维及织物在其自身优势的基础上,开始被人们赋予智能化特征,使得智能纤维和织物逐渐在可穿戴领域占据一席之地。
天然蚕丝具有产量大、机械性能优异和生物可降解的优势。
近年来,面向智能应用的蚕丝基纤维与织物逐渐发展,被用于传感、致动、光学器件、能量收集和储能等领域。
本文将首先介绍天然蚕丝的层级结构和性能,并介绍各种形貌结构的再生蚕丝材料;然后根据其在智能纤维及织物中应用领域的不同,详细阐述蚕丝基智能纤维及织物的制备方法、性能及工作机制;最后讨论进一步发展所面临的挑战与机会,并对未来前景进行展望。
【总页数】16页(P58-73)
【作者】张勇;陆浩杰;梁晓平;张明超;梁华润;张莹莹
【作者单位】清华大学化学系
【正文语种】中文
【中图分类】O647
【相关文献】
1.PAN基及沥青基碳纤维生产现状与展望
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来自清华大学的智能服装与功能性面料——访清华大学美术学院染织服装系副教授臧迎春博士
来自清华大学的智能服装与功能性面料——访清华大学美术
学院染织服装系副教授臧迎春博士
王虹
【期刊名称】《中国纤检》
【年(卷),期】2014(000)005
【摘要】能否想象自己穿着一件种有绿色植物的衣服．随着所处环境光线的不同，衣服上的植物也会呈现不同状态？清华大学研究出的智能时装中，有一款以“生态奢侈品”为理念，正好实现了这一功能。
【总页数】2页(P38-39)
【作者】王虹
【作者单位】
【正文语种】中文
【相关文献】
1.慧视词典,别样的“随身翻译官”——访清华大学电子工程系副教授、博士生导
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2018-10-11
随着世界文明的进程，纤维革命已在悄然酝酿之中，纤维被赋予感知和信息处理功能，从而使于人们息息相关的日常服饰拥有智慧、应答与反馈能力。
智能纺织品应运而生，智能纤维作为智能纺织品的一部分，是指既能够感知到外界环境或内部状态变化、刺激，并能够做出反应（响应）的纤维，是真正意义上的智能可穿戴产品。
遗憾的是传统服装行业的纤维虽然具有各种优良性能，但并不具有导电性，所以无法实现智能化。
自古以来，中国生产的丝绸以其色泽光丽、质地柔软的特性，深受各国人民的喜爱。
中国是蚕丝的发源地，种桑养蚕制丝织绸是我国古代对世界物质文明和精神文明的重大贡献。
在智能纺织品萌芽和发展的今天，如能赋予桑蚕丝新的功能，无疑会为丝绸业的发展注入新的活力。
然而，目前报道的再生蚕丝往往具有脆性，这限制了其在柔性电子纺织品中的实际应用。
为了开拓桑蚕丝在智能纤维领域的运用，清华大学的张莹莹课题组利用静电纺丝技术将桑蚕丝材料与碳纳米管相结合，成功在蚕丝纤维中嵌入了超强导电的碳纳米管纤维，从而制得了超柔、超轻、超强的桑蚕丝缆线。
此外，研究人员展示了这种智能蚕丝的防水溅功能。
进一步的，他们展示了这种纤维在柔性电子织物中的运用，所得的电子织物具备了智能变色、无线充电等功能。
▲导电蚕丝制备示意图
该导电桑蚕丝表现出高电导（31000 S/m）、高机械强度（16 cN/tex）、优异的耐疲劳性（1000次弯曲）和耐湿性（RH=70%）。
作为柔性电子织物，该导电桑蚕丝还具有良好的透气性和质轻的特点。
加之桑蚕丝本身的天然材料属性，这种桑蚕丝在穿戴电子织物中具有很大优势。
此外研究人员表示，这种利用静电纺丝制备包芯结构纤维的方法也可用于制造其他功能纤维。
期待该类智能纤维有朝一日为传统纺织产业带来颠覆性的变化。
相关研究报告以Splash-Resistant and Light-Weight Silk-Sheathed Wires for Electronic Textiles为题发表于《Nano Letters》杂志，文章的第一作者是清华大学博士研究生訚哲，通讯作者是张莹莹。
视频1 导电桑蚕丝的防水溅功能展示。
视频2 (a)无线充电示意图和电路图，(b)变形的导电蚕丝线圈，仍然可以进行无线充电。
视频3 丝绸织物上的变色纤维（绿色），通过改变加载电压可以控制纤维的颜色。
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