便携式纤维制备为我们带来无限可能

材料牛注：低维纳米材料往往有独特的功能。近日，哈佛大学的研究团队发表了轻质纳米纤维的最新设计和制作方法。所制备出的这种纳米纤维重量轻，可被纺丝并制成效果极好的防弹衣、可调节温度的运动服等，应用十分广泛。

图注：纳米纤维编织成线的SEM图

一种新开发的轻质纳米纤维制造设备将会引起很多领域的革新。哈佛John A. Paulson工程与应用科学学院(SEAS)的疾病生物物理课题组近日宣布，他们在快速生产可以精确控制取向的纳米纤维手持设备上有了新进展。他们开发了一种应用广泛的新材料，该材料可用于很多方向，如战场上伤口处理、合成提升防弹衣质量的工程组织、创造前沿的可定制织物等。

研究者们通过调整纤维取向和沉积方式，建造了纳米纤维支架，这种支架可以模拟身体里高度定向的组织，还可以设计出适合各种形状的特殊服装。

Nina Sinatra，疾病生物物理课题组的研究生，同时也是文章的共同第一作者，她说道，“我们研究的主要目的是制造一种能控制纳米纤维沉积的便携设备，为了开发出这种全自动的设备，我们需要一项能有足够生产力的，能生产高度定向纤维的技术。”

纳米纤维通过离心力、毛细力、电场、拉伸、鼓吹、熔化、蒸发制成。旋转喷射纺丝技术和浸没式旋转喷射纺丝技术可以将聚合物和蛋白质溶解，再利用离心力或沉淀方法将聚合物射流拉伸、固化成纳米纤维，这些方法更利于批量生产DNA、尼龙、聚对苯二甲酰对苯二胺。

然而，在哈佛大学实验之前，这些制备手段还没有实现便携。最新的制造方法，拉伸纺丝，用浸在聚合物或蛋白质容器中的高速旋转鬃，拉出一小滴溶液进入喷射器。纤维以螺旋轨道运动，并且在从鬃毛分离之前凝固，进入收集器。

拉伸纺丝与其他有很多制造变量的制造过程不同，它只有一个过程参数，就是能控制纤维直径的溶液黏度。而最少的工艺参数可以简化在工作台和现场的使用并提高适应性。

拉伸纺丝工程利用一系列不同的聚合物及蛋白质，研究人员能够演示一些概念性应用，比如用聚己内酯和明胶纤维控制肌肉组织生长，调节生物支架功能，以及尼龙和聚氨酯纤维在衣服上的应用。

生物工程和应用物理学的Tarr 家族教授，兼疾病生物物理课题组的主管Kit Parker说：“这一简便、概念型研究证明了该系统在制造上的实用性。定制纳米纺织业的应用前景广阔，未来可扩展到很多方面，比如制作可调节温度的喷涂运动服，能直接沉积伤口上的无菌绷带，以及有不同局部机械性能的纤维织物等。”

目前，这项研究成果发表于期刊Macromolecular Materials and Engineering。

原文链接：Portable Nanofiber Offers Significant Possibilities.

文献链接：Design and Fabrication of Fibrous Nanomaterials Using Pull Spinning.

本文由材料人编辑部丁菲菲提供素材，侯嘉颖编译，丁菲菲审核，点我加入材料人编辑部。

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