近来,微纳纤维以其优异纳米尺度效应、高比表面积及丰富多孔结构在医学、航天环境保护等领域有着广阔的应用,成为当今先进材料极具挑战的前沿方向之一。其均匀的微纳尺寸被认为是一种成本低廉且易于操纵的微反应器。2019年,南京工业大学材料化学工程国家重点实验室、化工学院陈苏教授团队提出微流控纺丝化学(Fiber Spinning Chemistry (FSC))的概念(Adv. Sci. 2019, 6(22), 1901694),即在微流控纺丝过程中,以微纳纤维为载体,借助微流控芯片,将反应物在纺丝过程中原位发生反应生成纳米纤维杂化材料,利用微纳纤维纳米反应器的限域效应,可以方便的制备出先进的纳米材料,此类纳米材料不易团聚,制备过程无废水产生,是一条方便绿色合成纳米材料的方法,受到广泛关注。
图1. 纺丝化学的原理、策略和应用示意图。
该文章以“Recent advances in microfluidic fiber-spinning chemistry(DOI: 10.1002/pol.20230527)”为题发表在期刊《Journal of Polymer Science》上。南京工业大学硕士研究生宋研为第一作者,南京工业大学陈苏教授、于晓晴博士后为通讯作者。
微流控技术是一项能够对微型通道中的流体进行精确和系统操控的先进技术。该技术能够在微平台上灵活组合多功能组件,在微流控芯片内实现微流控纺丝化学反应,与传统纺丝方法相比,此纺丝过程不再是一种物理牵伸的过程,而是一个纺丝化学的过程,因此赋予了纤维的多功能与变化性,且具有反应过程连续且高度可控、安全可靠、绿色环保和易放大等优势。
微流控纺丝化学芯片的设计
图7 共轴流微流控芯片
微流控纺丝化学的应用
图9 FSC纺丝化学在全天候智能纺织品方面的应用
该文从FSC制备机理和技术优势两方面对FSC的发展进行综述与展望。其本质核心是如何实现纤维的工程化、高性能化和结构功能一体化,尤其是实现规模化连续可控制备性能优越的先进纳米材料,更是给纳米材料产业带来了全新视角,同时,提供一条崭新的微流控纺丝技术可实用化的途径。
图10. JPS封面图供稿
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原文链接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/pol.20230527