近日，我校俞建勇院士、覃小紅教授團隊在跨尺度複合紗線的高效可控制備及應用領域取得系列突破性進展。
靜電紡納米纖維材料因其超細的纖維尺度、靈活的材料選擇性和結構可控性以及表面易功能化等優勢，在功能性紡織品領域表現出巨大的應用前景。但靜電紡納米纖維材料普遍存在力學性能弱、由其形成的納米纖維集合體結構穩定性差等突出問題，嚴重限制了其在功能性紡織品領域的實際應用。近年來，如何實現結構穩定、力學性能優良、功能持久的微納米纖維集合體的高效可控制備成為了新的挑戰和研究熱點。
近日，該團隊提出了将靜電紡絲與傳統紡紗技術相結合，通過納米纖維與短纖棉網在線複合高效可控制備微納米纖維跨尺度複合紗線的新策略——電離鑲嵌紡（圖1）。研究團隊以自主設計開發的産業化自由液面靜電紡絲裝置為基礎，通過在纖維梳理階段，将宏量制備的PAN納米纖維在線均勻沉積在二維蓬松的短纖棉網上，實現多尺度纖維集合體的高概率均勻複合，最終制備出納米纖維片段長度可控并均勻分布的新型複合紗線。該方法的提出為多尺度纖維集合體的結構設計和高效制備提供了新的思路，同時也為微納米纖維複合紗線的功能化、規模化應用提供了一種可行策略。相關成果以《微納米纖維複合紗線的高效制備策略》（An efficient hybrid strategy for composite yarns of micro-/nano-fibers）為題，發表在SCI期刊《Materials & Design》。論文第一作者為bevictor伟德官网博士生楊雨晨，bevictor伟德官网為唯一署名單位。
圖1 納米纖維成紗模型圖
基于開發的電離鑲嵌紡技術，該團隊研制了具有優異抗菌性能和抗菌持久性的跨尺度複合紗線。将抗菌電紡納米纖維沉積在棉網上，并經過後續工序将抗菌納米纖維嵌入紡織品（NFs-embedded textiles）。制備的功能性紡織品中，抗菌納米纖維不僅分布在織物表面，同時分布在織物内部，很好的解決了納米纖維作為功能性添加材料應用在傳統紡織品上的限制。制備的NFs-embedded textiles對大腸杆菌和金黃色葡萄球菌的抗菌效率均能達到99.99%。基于以上特點，以NFs-embedded textiles為基礎，研制出了抗菌性能優異的運動服，經過35次洗滌之後，仍能抵抗95%以上的大腸杆菌和金黃色葡萄球菌。相關成果以《具有持久抗菌性能的功能性納米纖維嵌入紡織品》（Functional nanofibers embedded into textiles for durable antibacterial properties）為題，發表在著名期刊《Chemical Engineering Journal》。該論文第一作者為bevictor伟德官网博士生仇巧華，bevictor伟德官网為唯一署名單位。
圖2 抗菌性能測試圖
此外，該團隊受自然界中水分在樹木中傳遞的啟發，制備了靜電紡納米纖維-棉纖維複合紗線，該紗線内部具有樹杈型梯度的水分傳遞通道，在紗體内部産生差動毛細效應，實現水分在紗線徑向中的快速傳輸（圖3）。因此由該種紗線制成的織物能夠有效地将人體表面的水分轉移到服裝外層，再通過外層強烈的蒸發效應，實現快速幹燥，保持“人體-服裝”微環境的舒适。該研究通過控制十二烷基三甲基溴化铵（DTAB）的含量實現對聚己内酯（PCL）納米纖維的潤濕性能進行準确的控制，進而使紗線獲得最優的水分管理性能，制備的織物可以獲得1034.5%的單向傳遞指标和0.88的綜合水分管理能力，該值可以比肩目前最先進的單向導水膜。該種紗線因其良好的水分管理性能，為吸濕排汗紡織品的結構設計提供了一種新的思路，可用于傳統服裝和功能服裝等領域。相關成果以《用于吸濕排汗的潤濕性可控的樹形結構一維纖維集合體》（Wettability Control in Tree Structure-Based 1D Fiber Assemblies for Moisture Wicking Functionality）為題，發表在著名期刊《ACS Applied Materials & Interfaces》。該論文第一作者為bevictor伟德官网博士生毛甯，bevictor伟德官网為唯一署名單位。
圖3 樹形導濕排汗紗線示意圖
以上工作得到了國家重點研發計劃、國家自然科學基金、上海市教委科研創新計劃重大項目等資助。
文章鍊接：https://doi.org/10.1016/j.matdes.2019.108196
文章鍊接：https://doi.org/10.1016/j.cej.2019.123241
文章鍊接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsami.9b14370