实现绿色、规模化生产具有较高断裂能的纤维材料一直是研究人员追求的目标。虽然近年来在高断裂能材料的研究方面已经取得了一些进展，但受蜘蛛丝纤维结构的启发，通过简单、绿色的工艺生产极高韧性的人造纤维仍然是一个巨大的挑战。
近日，青岛大学姜义军教授报道了展示了一种基于广泛使用的纸串加工技术的简单而绿色的路线，以在相对大规模的生产中利用有机−无机网络和相互作用来制备强韧的仿生纤维。
文章要点
1）研究人员首先通过对磷酸钙齐聚物（CaP，<1 nm）和水性聚氨酯（WPU）聚合物进行分子和纳米工程，制备了具有定向纳米矿化磷酸钙纤维和结晶PUS大分子链排列的有机−无机仿生纤维。无机相在有机网络中的精确而均匀的结合增强了有机−无机非均相结构在几纳米尺度内的整合，而互锁的无机−有机网络中消失的相界和强的动态氢键，从而提高了其强度和韧性。实验结果显示，聚氨酯人造纤维（PUAF）的强度和韧性分别达到442 MPa和362 mJ m−3和167 MPa和640 mJ m−3，分别是同类PU（20−30 MPa）强度的7−15倍和蜘蛛牵引丝韧性的2−3.5倍。
2）其次，得益于这种良好的相互作用，混杂纤维表现出类似自愈合的性能，在压力作用下30 s内就可以紧密结合在一起；与纯PU纤维相比，这种混杂纤维还可以承受极高的温度和溶剂(水)，因此具有一定的应用价值。
3）最重要的是，这种混杂纤维可以在水溶液中以可扩展和可靠的方式制备。
这项研究为可持续大规模生产具有高强度和超韧性的均质有机−无机杂化类蜘蛛丝纤维提供了一种有效策略。
参考文献
Panyi Xi, et al, Strategy to Fabricate a Strong and Supertough Bio-Inspired Fiber with Organic−Inorganic Networks in a Green and Scalable Way, ACS Nano, 2021
DOI: 10.1021/acsnano.1c05952
https://doi.org/10.1021/acsnano.1c05952
