通过流体和界面自适应进行水凝胶辅助可拉伸纤维的微流体纺丝

可拉伸聚合物纤维具有重大影响，尽管其生产需要严格的环境方法和资源消耗。对于可纺性降低但高性能的弹性聚合物(例如有机硅、聚二甲基硅氧烷和Ecoflex)来说，该工艺具有挑战性。

赵国旭和中国医学工程、材料科学和生命科学领域的科学家团队提出了一种水凝胶辅助微流体纺丝方法来解决这些挑战，他们通过将预聚物封装在长的、保护性和牺牲性水凝胶中来实现这一目标纤维。

该研究发表在《科学进展》杂志上。

他们设计了简单的装置并调节油/水流的流体和界面自适应，成功地生产出具有广泛调节的直径、显着的长度和高质量的纤维。该方法可以轻松、有效地重塑螺旋纤维，从而实现卓越的拉伸性和机械调节。

该纤维具有作为纺织部件和光电器件的潜在应用。该方法为大规模生产高质量可拉伸纤维提供了一条强有力的途径。

可拉伸聚合物

与不可拉伸纤维相比，本质可拉伸纤维具有广泛的应用，其中可拉伸纤维可以在机械动力学下保留其功能以实现特定用途。可拉伸聚合物可用于开发生物材料和生物电子学，其与人体的贴合能力越来越受到关注。

然而，材料的大规模制造和使用受到可纺弹性聚合物的限制，包括聚氨酯和聚(苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯共聚物)。该材料可以使用传统的纺丝方法进行加工。

这种可纺聚合物可以制备成形状像纤维状流体的熔体或溶液。海藻酸盐分子和阳离子之间形成的海藻酸盐水凝胶因其生物相容性、生物可降解性和可调节的机械性能而被广泛使用。

为了实现适合慢速固化和油相预聚物的纺丝技术，该团队开发了一种微流控纺丝系统，用海藻酸盐水凝胶纤维封装预聚物，并研究了相关机制和影响。

水凝胶辅助微流体纺丝(HAMS)方法

一种简单、有效且可扩展的水凝胶辅助微流体纺丝方法可以在环境温度下、没有有机溶剂的情况下生产基于油相预聚物的可拉伸纤维。预聚物和海藻酸钠水溶液可以共挤出到氯化钙水溶液中以产生水凝胶纤维/壳。HAMS方法可以实现纤维几何形状重塑螺旋纤维的生产。通过用不同的预聚物生产纤维并研究其多功能性，显示了该方法的应用潜力。

不同粘度的纤维开发

研究小组利用液体聚二甲基硅氧烷(PDMS)和触变性PDMS研究了流动粘度对纤维纺丝的影响，它们对流速的响应不同。

科学家们通过使用Ecoflex、中性有机硅和碳纳米管复合材料PDMS探索了HAMS方法的适用性。HAMS方法在生产基于油相预聚物的可拉伸纤维方面具有广阔的前景。科学家们进一步探索了流体和界面自适应如何介导油相旋转机制。通过HAMS方法开发的纺丝纤维是一种具有保护性和柔性的水凝胶，具有良好的机械性能和功能。

该团队通过从氯化钙溶液中提起空气纺丝纤维并将其缠绕到棒模板上来重塑螺旋结构，形成结构均匀、尺寸范围宽且稳定性优异的螺旋纤维。该方法提供了一种受到广泛监管的方法来制造极具拉伸性的螺旋纤维。有了这些基本原理，就可以轻松有效地缠绕规则的螺旋结构以生产螺旋纤维。

聚合物特性

赵和同事评估了具有不同体积比的PDMS的预聚物流变混合物的作用，并调整了针的尺寸，以表明实现水凝胶辅助微流体纺丝方法的可能性。虽然人们对水凝胶纤维封装低粘度油的过程进行了深入研究，但研究水凝胶辅助微流控纺丝方法的机理和优化策略具有重要意义。

他们还研究了PDMS光纤的可穿戴传感性能，以产生适合输入和传输莫尔斯信息的手指弯曲和触摸信号;作为可穿戴机械传感器。

赵和同事进一步研究了纤维的机械传感性能，其中电阻精确地响应不同应变的循环拉伸。结果凸显了该方法在生产直的、基于纤维的可穿戴应变传感器和超可拉伸导体方面的应用潜力。

外表

这样，赵国旭和团队开发了一种水凝胶辅助微流体纺丝方法，以可拉伸纤维为基础生产慢固化油相预聚物。这种水凝胶辅助的微流体纺丝方法可以在不通过高消耗能量或有机溶剂熔化或溶解聚合物的情况下进行，作为一种经济和环境友好的策略。通过将快速固化预聚物与双组分注射器和混合头一起使用，可以加速固化过程。

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