超柔韌仿生膜材料 可用于智能織物

　　軟體彈性材料的柔性好，變形大，能量轉換效率高，在智能織物領域存在巨大的應用需求。但是，目前具有長壽命、低成本以及生物相容性好的軟體彈性材料體系的制備仍是一項挑戰性工作。

　　在自然界中，蜘蛛絲是天然纖維中具有優良性能的代表，可展現出超高的可拉伸性，甚至有些品種蜘蛛的絲可以拉伸百倍而不會斷裂，實際上這與蛛絲上黏性液滴中以各種形式“預存”的纖維密不可分。

　　此外，動物細胞也具有卓越的柔韌性，它們是通過膜折疊和微絨毛結構來實現的，例如巨噬細胞能夠將其表面積擴大5倍以吞噬大的微生物或細胞殘片，這其實也與細胞以膜折疊和微絨毛形式“預存”的膜直接相關。

　　上述自然界中存在的高彈性體系為科學家設計高性能的可拉伸軟體材料提供了重要的啟發。法國國家科學研究院(CNRS)的Arnaud Antkowiak等研究者模擬細胞的褶皺和絨毛應變緩沖結構，以聚偏氟乙烯-CO-六氟丙烯(PVDF-HFP)為材質，通過在納米纖維膜內灌注潤濕液體驅動構筑了具有可逆形變的超柔韌材料。

　　染色過后的薄膜褶皺結構

　　研究團隊首先采用靜電紡絲技術制備了PVDF-HFP非織造布膜。在未進行進一步的處理前，該納米纖維膜的最大耐受形變只有30%。為模擬表面張力驅動下皮層肌動蛋白層的拉伸作用，研究人員進一步在纖維膜內灌注潤濕液體(硅油)，所產生的毛細作用力將其額外的膜組分儲存于褶皺和溝紋構成脈絡網路中，從而賦予了該PVDF-HFP膜材料超高可拉伸性。

　　膜材料的可拉伸性能展示

　　進一步將PVDF-HFP膜材料制備成平面狀、柱狀和球形，研究測試表明，不同形態的膜材料在液體毛細作用驅動下展現出相似的褶皺行為，但是存在細微的受力行為和形變尺度差異。其中球形膜材料在高達10萬次的10倍體積膨脹/收縮循環測試中展現出良好的穩定性。

　　不同形態柔性膜材料構筑及毛細力驅動受力分析

　　該理論研究成果有助于人們從微結構形變角度理解軟體彈性材料的應力屈曲行為，為超柔韌性材料的設計和構筑提供參考策略，對新一代柔性智能紡織品的開發具有重要指導意義。