[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

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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