未來百年的科技發(fā)展，將聚焦于基礎(chǔ)材料、能源動力、信息科技、生命科學(xué)、星際探索領(lǐng)域，從“萬物互聯(lián)、智能無處不在”，“虛實(shí)相生、人機(jī)和諧共處”，發(fā)展至“人類永生、進(jìn)軍未知世界”，各領(lǐng)域的科技將共同支撐人類走向未來世界。

纖維領(lǐng)域與新興科技交叉與融合，已在全球形成前所未有的多維發(fā)展空間，呈現(xiàn)綠色、多元、極限、智能、融合、服務(wù)等新的發(fā)展趨勢。十四五時(shí)期，我國纖維新材料行業(yè)進(jìn)入新階段、新理念、新格局的高質(zhì)量發(fā)展期，圍繞重點(diǎn)領(lǐng)域的需求，發(fā)展航空航天材料、高端裝備材料、新一代電子信息材料、生物醫(yī)用材料、新能源材料等，關(guān)注5G、柔性顯示等新興方向的材料需求，促進(jìn)開發(fā)與應(yīng)用聯(lián)系更緊密。

2024年7月，在先進(jìn)纖維新材料科技創(chuàng)新高質(zhì)量論壇、2024年吳江國際精英創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)洽談會吳江高新區(qū)（盛澤鎮(zhèn)）分會場——“纖聚盛澤 共紡未來”先進(jìn)纖維新材料產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)發(fā)展推進(jìn)會上，國家先進(jìn)功能纖維創(chuàng)新中心發(fā)布了“2024纖維領(lǐng)域十大新興技術(shù)”。

聚酰胺纖維高效柔性化技術(shù)

Efficient Flexibility Technology of Polyamide Fibers

一、

聚酰胺纖維高效柔性化技術(shù)，聚酰胺纖維集成技術(shù)與應(yīng)用示范。

——NAFFIC

聚酰胺是合成纖維的第二大品種，具有優(yōu)異的加工和服用性能，廣泛應(yīng)用于高檔服裝、家紡以及產(chǎn)業(yè)用等領(lǐng)域。國內(nèi)外缺乏大規(guī)模、柔性化融合相關(guān)的技術(shù)研究和工程應(yīng)用，我國雖具有大規(guī)模生產(chǎn)聚酰胺纖維的裝備和能力，但是實(shí)現(xiàn)高效柔性化的生產(chǎn)仍有大量尚待解決的理論和技術(shù)難題。

國家先進(jìn)功能纖維創(chuàng)新中心研究了聚酰胺6微量改性及低溫開環(huán)、高效液相增粘技術(shù)，抑制了聚合過程中低聚物的形成，顯著降低了己內(nèi)酰胺單體與低聚物含量；開發(fā)了聚酰胺6低聚物端基修飾活化共聚技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了改性組分的高比例共聚并抑制了低聚物的產(chǎn)生，制備出纖維級共聚型彈性聚酰胺6、阻燃聚酰胺6及陽離子可染聚酰胺6等聚合物，實(shí)現(xiàn)了聚酰胺6纖維高效柔性化生產(chǎn)；建立了聚酰胺6聚合紡絲高效柔性化制各試驗(yàn)裝備，形成了聚酰胺6低聚物控制與共聚改性一體化的技術(shù)方案。

消費(fèi)后紡織品高值化轉(zhuǎn)化

High Value Conversion of Textiles

after Consumption

二、

廢棄紡織品高值化轉(zhuǎn)化，有效地解決環(huán)境污染問題，減少能源消耗，助力實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)。

——NAFFIC

我國是全球第一紡織大國，紡織纖維加工總量占全球的50%以上。隨著人均纖維消費(fèi)量不斷增加，我國每年產(chǎn)生大量廢舊紡織品。廢舊紡織品循環(huán)利用對節(jié)約資源、減污降碳具有重要意義，是有效補(bǔ)充我國紡織工業(yè)原材料供應(yīng)、緩解資源環(huán)境約束的重要措施，是建立健全綠色低碳循環(huán)發(fā)展經(jīng)濟(jì)體系的重要內(nèi)容。

《關(guān)于加快推進(jìn)廢舊紡織品循環(huán)利用的實(shí)施意見》指出到2025年，廢舊紡織品循環(huán)利用體系初步建立，循環(huán)利用能力大幅提升，廢舊紡織品循環(huán)利用率達(dá)到25%，廢舊紡織品再生纖維產(chǎn)量達(dá)到200萬噸。到2030年，建成較為完善的廢舊紡織品循環(huán)利用體系，高值化利用途徑不斷擴(kuò)展，產(chǎn)業(yè)發(fā)展水平顯著提升，廢舊紡織品循環(huán)利用率達(dá)到30%，廢舊紡織品再生纖維產(chǎn)量達(dá)到300萬噸。

美國Refiberd公司通過基于人工智能的高光譜成像進(jìn)行先進(jìn)的材料檢測技術(shù)，在各種纖維中進(jìn)行檢測和分類，實(shí)現(xiàn)從紡織品到紡織品的循環(huán)利用。唐山三友開發(fā)出廢舊棉漿粕低成本、高效率制備再生纖維素纖維技術(shù)和產(chǎn)品，以廢舊棉漿粕為原料，針對其分子自由度不高、可及度差、反應(yīng)活性低，黃化后紡絲膠不能滿足生產(chǎn)需求的難題，研發(fā)出小半徑水合鈉離子浸漬活化、堿纖維素精準(zhǔn)可控老成、棉基纖維素全流程疏解和活化、紡絲液除雜、紡絲浴自調(diào)節(jié)、纖維高度取向等技術(shù)，對各類廢舊棉漿粕制備優(yōu)質(zhì)再生纖維素纖維具有普適性。

香港理工大學(xué)李鸝教授團(tuán)隊(duì)將天然大麻纖維中多糖的固有溶脹效應(yīng)與管狀織物的特殊編織工藝相結(jié)合，建立了一種孔隙濕度和自我調(diào)節(jié)的農(nóng)業(yè)灌溉和除草一體化織物，為再生農(nóng)業(yè)提供了一種具有灌溉和除草功能的新型、可持續(xù)膨脹可控復(fù)合管狀織物。這種新型管狀織物由天然纖維制成，無需化學(xué)涂層或整理，不僅提高水的利用率，而且符合政府對具有成本競爭力的紡織產(chǎn)品和環(huán)保農(nóng)業(yè)技術(shù)的政策。

目前還有生物酶法、水熱法等新型分離方法，該方法能與一類或兩類纖維同時(shí)反應(yīng)，有潛力在低能耗和環(huán)境友好的條件下實(shí)現(xiàn)紡織品的高效回收。

武漢紡織大學(xué)周建剛團(tuán)隊(duì)提出了利用廢舊紡織品制備細(xì)菌纖維素的方法，廢舊紡織品經(jīng)預(yù)處理后，用得到的織物水解液配制培養(yǎng)基并接種菌株，靜態(tài)發(fā)酵數(shù)日后制備細(xì)菌纖維素，證明廢棄紡織品是很有潛力的生產(chǎn)細(xì)菌纖維素的低成本原料，為其回收利用開辟了一條綠色、高效的新途徑。

中國科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所有機(jī)儲氫與催化團(tuán)隊(duì)提出酯交換/氫化接力的新策略，并使用自主設(shè)計(jì)的基于喹哪啶骨架的新型三齒鉗形釕絡(luò)合物，發(fā)展出溫和的聚酯降解新方法（80℃，1 barH2），反應(yīng)催化轉(zhuǎn)化數(shù)（TON）最高可達(dá)1520。實(shí)現(xiàn)了從廢棄聚酯直接出發(fā)，通過兩步法高效合成重要的化工原料1,4-環(huán)己烷二甲醇（CHDM）；方法具有優(yōu)異的普適性，可降解各種PET制品（如飲料瓶、漱口水瓶、隔音板、廢布料等），亦可兼容其他類型的聚酯材料，具備廣闊的應(yīng)用潛力。

負(fù)碳纖維

Carbon-Nagetive Fiber

三、

負(fù)碳纖維技術(shù)，構(gòu)建生態(tài)、低碳、循環(huán)的現(xiàn)代綠色石化產(chǎn)業(yè)體系，實(shí)現(xiàn)節(jié)能、減污、增效。

——NAFFIC

國家先進(jìn)功能纖維創(chuàng)新中心聯(lián)合攻關(guān)負(fù)碳纖維制備技術(shù)路線

聚碳酸亞丙酯（PPC）

PPC以二氧化碳為單體原料在催化劑（雙金屬配位PBM型等）作用下，被活化到較高程度時(shí)，與環(huán)氧丙烷發(fā)生共聚反應(yīng)合成的一種完全可降解的環(huán)保型材料。新型負(fù)碳材料及改性技術(shù)是以性能優(yōu)異的可降解材料——PPC（聚碳酸亞丙酯）為原料，通過熔融共混改性改善PPC加工性能差等問題，進(jìn)而進(jìn)行改性PPC基功能產(chǎn)品的開發(fā)。

負(fù)碳PET

關(guān)于聚酯纖維的三個(gè)發(fā)展階段，分別是一滴油到一根紗，一個(gè)回收塑料瓶到一根紗，二氧化碳到一根紗的故事，迭代發(fā)展變遷，是對大自然的敬畏，也是科技的力量與進(jìn)步。

經(jīng)測算，每噸紗線可以捕集320kg二氧化碳。初步規(guī)劃年產(chǎn)能為3萬噸紗線，相當(dāng)于捕集了近1萬噸的二氧化碳。按1棵樹一年的二氧化碳吸收量為10kg左右，相當(dāng)于100萬棵樹一年的二氧化碳吸收量。

技術(shù)路線：

捕集工廠的廢氣CO2（二氧化碳）→CO2液化→CO2提純

提純CO2＋H2→綠色甲醇（用于其他領(lǐng)域綠色產(chǎn)品出口銷售）

綠色甲醇＋電解液A →電解液B（用于新能源電池基礎(chǔ)材料） ＋負(fù)碳乙二醇

負(fù)碳EG +PTA ? 負(fù)碳PET

負(fù)碳乙二醇（纖維原料）

碳一（C1）分子是重要碳資源（CH4、CO2）或化工平臺化合物（CH3OH、HCHO、CO），由碳一分子直接碳碳偶聯(lián)制備C2+化學(xué)品，如低碳烯烴、乙醇、乙二醇等，利用太陽能來驅(qū)動碳一分子的碳碳偶聯(lián)過程，有望突破傳統(tǒng)熱催化反應(yīng)過程在熱力學(xué)或動力學(xué)方面的限制，創(chuàng)新反應(yīng)途徑。

廈門大學(xué)王野教授團(tuán)隊(duì)開創(chuàng)了光催化甲醛偶聯(lián)制乙二醇的新過程，在 BiVO4光催化劑上，利用光生電子選擇活化甲醛C=O鍵，還原甲醛C?C偶聯(lián)獲得乙二醇、羥基乙醛等重要C2+化學(xué)品 。實(shí)現(xiàn)了甲醇制乙二醇的可見光光催化反應(yīng)過程，利用CdS催化劑，通過質(zhì)子和電子協(xié)同轉(zhuǎn)移(CPET)的過程選擇活化甲醇C?H鍵，生成?CH2OH自由基，然后兩個(gè)?CH2OH自由基C?C偶聯(lián)獲得乙二醇。在MoS2/CdS催化劑上，甲醇生成乙二醇的選擇性可達(dá)90%，收率16%。

生物基可降解聚酯

Biobased Biodegradable Polyesters

四、

生物基可降解聚酯，引領(lǐng)綠色革新，開創(chuàng)可持續(xù)新時(shí)代。

——NAFFIC

基于“雙碳”背景，錨定綠色生物制造的目標(biāo)，生物基可降解材料得益于優(yōu)秀的碳減排能力，成為替代和補(bǔ)充石化基材料的最佳選擇。在“可持續(xù)發(fā)展”這一理念對全人類社會都愈加重要的時(shí)代背景下，著力研究生物可降解材料以及推動生物可降解合成纖維的研究和應(yīng)用是促進(jìn)纖維材料綠色轉(zhuǎn)型的有效途徑之一。

https://doi/10.1038/s41557-022-00974-5

（1）作為以玉米、木薯等可再生的植物資源為原料的纖維產(chǎn)品，聚乳酸（PLA）纖維整條產(chǎn)業(yè)鏈與石油系工藝零關(guān)聯(lián)，天然帶有“綠色基因”。聚乳酸生產(chǎn)過程采用現(xiàn)代生物發(fā)酵技術(shù)，再經(jīng)過聚合而成，具有可靠的生物安全性、環(huán)境友好性。作為目前產(chǎn)業(yè)化較好的生物可降解合成纖維，其原料來源豐富、生產(chǎn)技術(shù)相對成熟，且具有良好的力學(xué)性能及易于加工成型等優(yōu)點(diǎn)，在生物醫(yī)用高分子、紡織行業(yè)、農(nóng)用地膜和包裝等行業(yè)應(yīng)用前景廣闊。安徽同光邦飛開發(fā)原液著色纖維，解決聚乳酸纖維在染整過程中存在色牢度不牢的問題，針對聚乳酸纖維存放過程中強(qiáng)度降低問題，開發(fā)出抗水解、熱降解母粒，已解決纖維因存放時(shí)間長強(qiáng)度衰減問題，積極開發(fā)差別化纖維。

（2）聚羥基脂肪酸酯（PHA）具有良好的生物可降解性、生物相容性和復(fù)合性，在醫(yī)用紡織品領(lǐng)域的應(yīng)用前景廣闊。

（3）聚對苯二甲酸-己二酸丁二醇酯（PBAT）作為一種新興的生物可降解聚酯材料，具有較好的可降解性、延展性、韌性和斷裂伸長率等，是應(yīng)用較多的生物降解材料之一。

（4）生物基丙二醇和生物基丁二酸是生物基原料中十分重要的兩個(gè)組成。結(jié)合生物基原料開發(fā)一款可降解彈性纖維，既可滿足國家雙碳戰(zhàn)略的發(fā)展要求，又可以拓展生物基原料在降解材料領(lǐng)域的應(yīng)用，在一定程度上填補(bǔ)目前市場上可降解彈性纖維材料的空白，為公司創(chuàng)造一定的經(jīng)濟(jì)收益。

創(chuàng)新中心一直關(guān)注可降解材料領(lǐng)域前沿動態(tài)，提前布局生物基可降解材料的開發(fā)，依托盛虹集團(tuán)自主生產(chǎn)的生物基丙二醇和生物基丁二酸的優(yōu)勢，設(shè)計(jì)合成了聚對苯二甲酸-丁二酸-丙二醇酯，并對其各項(xiàng)性能進(jìn)行了研究和分析，初步評估其產(chǎn)業(yè)化有一定的可行性。

從復(fù)雜的含油海水中同時(shí)去除油和離子以生產(chǎn)淡水，對于目前的研究是一個(gè)重大挑戰(zhàn)，需要開發(fā)更有效和可持續(xù)的替代方案。江南大學(xué)Yuming Liu等人（Chem. Eng. J. 2022, 433, 2-133510）通過調(diào)整二醛類微晶纖維素和氨基改性多壁碳納米管的組分，成功制備出一種能夠?qū)崿F(xiàn)太陽能海水淡化和乳液高效過濾分離的雙功能復(fù)合薄膜。值得注意的是，該水下超疏油膜和油下超疏水膜實(shí)現(xiàn)了水包油和油包水乳液的按需高效分離。在這種雙隔膜的幫助下，實(shí)現(xiàn)了對含油海水的綜合凈化，從而獲得了符合飲用水標(biāo)準(zhǔn)的清潔水資源。

高性能生物基纖維

High-Performance Bio-based Fibers

五、

高性能生物基纖維，其不同仿生紡絲方法、纖維的力學(xué)增強(qiáng)策略、纖維的多元化應(yīng)用，是未來的研究熱點(diǎn)。

——NAFFIC

在“可持續(xù)發(fā)展”這一理念對全人類社會都愈加重要的時(shí)代背景下，高性能纖維綠色轉(zhuǎn)型的重要性也愈發(fā)凸顯。近年來，生物相容性和生物可降解的高強(qiáng)度再生生物基纖維在多個(gè)領(lǐng)域引起了廣泛關(guān)注。然而，現(xiàn)有的再生生物基纖維的力學(xué)性能尚不盡人意，這導(dǎo)致了其應(yīng)用受到限制。由于強(qiáng)度和韌性往往相互制約，因此要實(shí)現(xiàn)再生生物基纖維的高強(qiáng)度與高韌性兼?zhèn)淙匀皇且豁?xiàng)巨大挑戰(zhàn)。

為了解決資源有限的問題，目前已經(jīng)開發(fā)出各式各樣的策略來設(shè)計(jì)強(qiáng)韌的生物纖維。

DSM Dyneema宣布了基于生物的Dyneema纖維等級，并提出“根據(jù)我們對可持續(xù)未來的承諾，我們開發(fā)了第一個(gè)基于生物的超高分子量聚乙烯纖維”。

浙江大學(xué)柏浩、陳東，中國科學(xué)院劉凱研究團(tuán)隊(duì)（Engineering，2022，14，100-112），指出許多天然纖維具有輕質(zhì)、高強(qiáng)、高韌的特點(diǎn)，其性能優(yōu)勢源于從分子到宏觀尺度的多級結(jié)構(gòu)。生產(chǎn)這些纖維的紡絲系統(tǒng)也非常高效，為研究人員利用人工紡絲制備高性能生物基纖維提供了諸多靈感。此外，其還被賦予一系列新功能，從而拓展了其在智能織物、電子傳感、生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域的應(yīng)用。

浙江大學(xué)陳東教授團(tuán)隊(duì)以富含絲氨酸和酪氨酸等富含活性氨基酸的再生絲素蛋白為基質(zhì)，通過微流控濕法紡絲技術(shù)，酪氨酸進(jìn)行光交聯(lián)形成雙酪氨酸結(jié)構(gòu)，對絲氨酸進(jìn)行鋅離子配位交聯(lián)，最終在再生絲素蛋白纖維內(nèi)部形成雙交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，展現(xiàn)出又強(qiáng)又韌的力學(xué)性能。經(jīng)過相關(guān)優(yōu)化和后拉伸處理后，雙重交聯(lián)纖維還展現(xiàn)出了良好的溫度適應(yīng)性，抗疲勞性、生物相容性和生物降解性，是作為手術(shù)縫合線的理想選擇。

中國科學(xué)家用轉(zhuǎn)基因蠶合成的蜘蛛絲覆蓋了類似天然蜘蛛絲表面的保護(hù)層，且比防彈背心中使用的凱夫拉（芳綸）纖維堅(jiān)韌6倍。這是人們首次用蠶成功生產(chǎn)全長蜘蛛絲蛋白，研究展示了可用來制造商業(yè)合成纖維環(huán)保替代品的新技術(shù)。

安徽利科新材料科技有限公司，使用生物基聚酰胺材料制備鋰電池隔膜，具有優(yōu)異粘結(jié)性能，高力學(xué)性能和耐熱性能，分子結(jié)構(gòu)可調(diào)，薄膜剛性柔性可控，浸潤性好，孔隙均勻，離子電導(dǎo)率高，鋰電池隔膜與極片粘結(jié)強(qiáng)度大于4N/M。采用生物基芳綸，來規(guī)避采用石油基芳綸的專利壁壘。

先進(jìn)能源纖維材料

Advanced Energy Fiber Materials

六、

先進(jìn)能源纖維材料，基于材料、信息、能源等學(xué)科領(lǐng)域的技術(shù)突破與交叉融合的新型材料。

——NAFFIC

Adv. Fiber Mater., 2021.

纖維基自供能器件

可穿戴電子設(shè)備的快速發(fā)展給人們的生活帶來了巨大的便利，并逐漸滲透到健康監(jiān)測、醫(yī)療救助、智能體育、物體跟蹤、智慧家居等各個(gè)重要領(lǐng)域。然而，適合這些可穿戴電子產(chǎn)品的能量供給系統(tǒng)仍然是一個(gè)亟需解決的問題。

韓國成均館大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)通過電紡絲和電鍍技術(shù)，成功制備了含有嵌入BaTiO3的P(VDF-TrFE)納米纖維的壓電納米纖維墊和金屬電鍍微纖維電極，開發(fā)了一種全新的全納米纖維基壓電納米發(fā)電機(jī)，該設(shè)備不僅具有高透明度和柔韌性，還能夠有效收集和監(jiān)測人體運(yùn)動產(chǎn)生的能量。

纖維和紡織摩擦電納米發(fā)電機(jī)(f/t-TENG)能夠有效將生物機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能/電信號，既可以為可穿戴電子產(chǎn)品提供移動可持續(xù)的電能，又可以直接作為一種傳感解決方案。中國科學(xué)院北京納米能源與系統(tǒng)研究所王中林院士和翟俊宜研究員團(tuán)隊(duì)，闡述了關(guān)于功能纖維和織物基摩擦納米發(fā)電機(jī)在人體機(jī)械能收集和自驅(qū)動傳感方面取得的最新進(jìn)展。

電池隔膜材料

鋰硫電池是一種極具吸引力的高能量密度電池，可應(yīng)用于柔性和可穿戴的電子產(chǎn)品。但困難的是如何同時(shí)實(shí)現(xiàn)其靈活性、穩(wěn)定性和保持高的能量密度。最近的研究表明，纖維材料由于其柔韌性良好、重量輕、表面積大和成本低等優(yōu)勢，有望用于制作高能量密度的柔性電池。纖維材料具有良好的結(jié)構(gòu)和功能可調(diào)性，可適用于構(gòu)建工作電池的各種組件。

香港理工大學(xué)鄭子劍團(tuán)隊(duì)重點(diǎn)研究了纖維材料的合成和制備、結(jié)構(gòu)和功能的設(shè)計(jì)以及電池單元的布局，以提高充電效率、循環(huán)壽命和靈活性。

綠氫生產(chǎn)已成為當(dāng)前的研究重點(diǎn)，綠氫主要通過在電解槽中通過電解水制得，電解槽主要由極板，電解液，和隔膜構(gòu)成。隔膜決定了電解制氫生產(chǎn)過程中的能耗，氫氣純度等關(guān)鍵參數(shù)，是綠氫生產(chǎn)中必不可缺的重要部件，但該部件長期被日本東麗，歐洲愛克發(fā)等企業(yè)壟斷等問題。堿性電解制氫隔膜的核心原材料就是聚苯硫醚，通過將聚苯硫醚制備成具有對應(yīng)性能的織物隔膜或?qū)⒕郾搅蛎芽椢锱c其他材料復(fù)合，達(dá)到隔絕氣體，提供離子通道的目的。

創(chuàng)新中心通過對聚苯硫醚（PPS）聚合、紡絲、表面改性、織造結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化等進(jìn)行研發(fā)和試驗(yàn)，使之達(dá)到PPS水電解隔膜新產(chǎn)品前端面料的基礎(chǔ)要求。組織試驗(yàn)材料、場地、設(shè)備和檢測儀器，開展PPS面料表面處理工作，達(dá)到氣密性、面電阻等技術(shù)指標(biāo)要求。通過聚苯硫醚網(wǎng)紗基底的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和表面涂膜材料的配比，制備出新一代高性能隔膜材料。

光伏用纖維增強(qiáng)復(fù)合材料

纖維增強(qiáng)復(fù)合材料主要由高性能纖維（如碳纖維、玻璃纖維或芳綸纖維）和基體材料（通常是熱固性或熱塑性樹脂）組成。

隨著光伏行業(yè)的發(fā)展，光伏組件結(jié)構(gòu)輕量化、應(yīng)用環(huán)境極端化成為發(fā)展趨勢，復(fù)合材料中的高性能纖維增強(qiáng)復(fù)合材料正是光伏組件結(jié)構(gòu)輕量化的首選材料，也是極端環(huán)境中使用的不可或缺材料。光伏用玻璃纖維增強(qiáng)復(fù)合材料制品列入工業(yè)和信息化部發(fā)布的《重點(diǎn)新材料首批次應(yīng)用示范指導(dǎo)目錄（2024年版）》，說明了纖維增強(qiáng)復(fù)合材料在光伏領(lǐng)域有無限的發(fā)展前景和可能。

纖維基柔性感知材料與技術(shù)

Fiber-Based Flexible Sensing Materials

and Technologies

七、

纖維基柔性感知材料與技術(shù)，是構(gòu)建柔性電子器件一種新材料和先進(jìn)的集成策略。

——NAFFIC

生命健康一直以來都是人類最為關(guān)注的科學(xué)問題。實(shí)時(shí)監(jiān)測人體各種生理指標(biāo)對生命健康起著重要的作用。新興的柔性電子技術(shù)的出現(xiàn)正在滲透到人類日常生活的各個(gè)領(lǐng)域，包括柔性觸覺傳感系統(tǒng)、人工電子皮膚、智能紡織品、可穿戴健康監(jiān)測、可植入裝置等，它正在引領(lǐng)我們構(gòu)建和使用電子產(chǎn)品的時(shí)尚。

柔性電子器件

半導(dǎo)體纖維——隨著量子物理學(xué)和電子能帶結(jié)構(gòu)理論的發(fā)展，晶體管等半導(dǎo)體器件和集成電路的出現(xiàn)推動社會進(jìn)入了信息化時(shí)代。為滿足復(fù)合材料的發(fā)展和人們智能化生活的需求，科學(xué)家們已經(jīng)開發(fā)出各式各樣的功能纖維。顧名思義，功能纖維就是指在纖維現(xiàn)有的性能之外，還具有某些特殊功能，如導(dǎo)電纖維、光導(dǎo)纖維等。將功能纖維與紡織品結(jié)合，并賦予衣物新功能，一直是科學(xué)家們關(guān)注的熱點(diǎn)。半導(dǎo)體二極管是現(xiàn)代計(jì)算、通信和傳感技術(shù)的基本組成部分。將它們整合到紡織品級的纖維中，可以提高織物的“聰明度”。

目前，在可拉伸、可穿戴、生物相容性、甚至可植入的電子產(chǎn)品領(lǐng)域的巨大發(fā)展，大大拓寬了物聯(lián)網(wǎng)(loT)的應(yīng)用范圍，這同時(shí)對擁有低重量、低功耗、穩(wěn)定功能和低制造成本的電子設(shè)備提出了巨大挑戰(zhàn)。此外，用于監(jiān)測人類運(yùn)動和醫(yī)療保健的柔性電子器件需要設(shè)備和每個(gè)組件有足夠的應(yīng)變能力，以及集成功能，以滿足不同應(yīng)用場景的要求。

華中科技大學(xué)團(tuán)隊(duì)研發(fā)無感化智能睡眠監(jiān)測裝備，將柔性感知纖維與人工智能結(jié)合，實(shí)現(xiàn)無感狀態(tài)下對人體進(jìn)行睡眠監(jiān)測與遠(yuǎn)程監(jiān)護(hù)。柔性纖維新材料與智能織物計(jì)算的結(jié)合賦予智能健康監(jiān)測系統(tǒng)無感性及準(zhǔn)確性，實(shí)現(xiàn)精密測量。基于多材料、高靈敏的傳感單元，通過高分辨率、高靈敏度、穩(wěn)定無擾化的生理信號采集系統(tǒng)采集信息，在分別構(gòu)筑三種底層功能感知結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，對單一功能結(jié)構(gòu)進(jìn)行多功能集成研究并構(gòu)建與之配套的傳感電路系統(tǒng)及數(shù)據(jù)可視化界面，借助云-邊-端協(xié)同、深度學(xué)習(xí)等人工智能領(lǐng)域技術(shù)，三位一體形成疾病癥狀可量化的智能評估體系，實(shí)現(xiàn)對人體三種檢測體征的無感化精密測量。

中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)團(tuán)隊(duì)通過傳感織物結(jié)合驅(qū)動單元，開發(fā)織物型壓力傳感材料，開展體型體態(tài)擬合和體表壓力映射，可應(yīng)用于臥床護(hù)理（翻身指導(dǎo)、良肢位擺放、康復(fù)訓(xùn)練指導(dǎo)等）、特殊人群監(jiān)測（老人、嬰幼兒）、家具設(shè)計(jì)和選擇（與個(gè)人體型和睡眠習(xí)慣匹配的床墊）等。

聲學(xué)與纖維材料科學(xué)、電子學(xué)和信息科學(xué)的融合正在帶來一代新的靈活可穿戴聲學(xué)傳感器，其特點(diǎn)是高柔性、超輕重、優(yōu)異的整體性和不可察覺性。這種截然不同類型的聲學(xué)感知技術(shù)包括皮膚貼片和薄膜、納米薄膜、納米纖維基網(wǎng)、精密結(jié)構(gòu)纖維和紗線等。材料結(jié)構(gòu)、設(shè)備配置、系統(tǒng)集成和制造方法方面的創(chuàng)新賦予了這一平臺多頻聲音的多樣應(yīng)用能力，以及與傳統(tǒng)對應(yīng)物相媲美的感知精度和可靠性。通過協(xié)同利用機(jī)器學(xué)習(xí)和人工智能的力量，靈活可穿戴聲學(xué)傳感正成為一項(xiàng)變革性技術(shù)，為繁榮的物聯(lián)網(wǎng)、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)、元宇宙、個(gè)性化和精準(zhǔn)醫(yī)療賦能。

納米纖維高通量制備技術(shù)

High Throughput Preparation

Technology for

Nanofibers Technologies

八、

納米纖維高通量制備技術(shù)，實(shí)現(xiàn)超細(xì)纖維的超快制造，為納米纖維的規(guī)模化生產(chǎn)提供了新思路和新機(jī)遇。

——NAFFIC

作為一種具有引人注目關(guān)注的納米材料，納米纖維由于其獨(dú)特的物理化學(xué)性質(zhì)和特性而廣泛用于環(huán)保過濾、能源轉(zhuǎn)化和儲能、柔性電子等領(lǐng)域。然而，實(shí)現(xiàn)高效率、低成本連續(xù)穩(wěn)定制備高質(zhì)量納米纖維材料仍是一個(gè)挑戰(zhàn)。

蘭州大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)自主創(chuàng)新的“錐形體超高速電紡絲”和“壓縮氣體噴絲”兩項(xiàng)高產(chǎn)率納米纖維制備技術(shù)，實(shí)驗(yàn)測得兩種方法制備效率均在10克/分鐘以上，效率較傳統(tǒng)靜電紡絲提升500～1000倍。經(jīng)改進(jìn)的制備技術(shù)，制備工藝及成本更為經(jīng)濟(jì)、高效，將大規(guī)模生產(chǎn)納米纖維變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)。產(chǎn)品物理和力學(xué)性質(zhì)完全達(dá)到同類產(chǎn)品國際水平，因此兩項(xiàng)成本更為經(jīng)濟(jì)的納米纖維規(guī)模化制備技術(shù)不僅能為企業(yè)創(chuàng)造可觀的利潤，也對提升行業(yè)的技術(shù)水平，躋身國際前沿有著重要的現(xiàn)實(shí)意義。

清華大學(xué)深圳國際研究生院、國家先進(jìn)功能纖維創(chuàng)新中心等單位共同研究“氣紡納米纖維規(guī)模化制備成套技術(shù)及產(chǎn)業(yè)化”，在系統(tǒng)研究高速氣流場下聚合物溶液射流成纖機(jī)理基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)開發(fā)工業(yè)級的設(shè)備產(chǎn)線，可高效實(shí)現(xiàn)納米纖維的產(chǎn)量，為納米纖維的高效工業(yè)化應(yīng)用，高通量制備提供了實(shí)施路徑。

國家先進(jìn)功能纖維創(chuàng)新中心聯(lián)合青島大學(xué)合作研究高效無針靜電紡絲技術(shù)，通過研究自由液面紡絲射流產(chǎn)生機(jī)理，開發(fā)封閉式無針靜電紡絲技術(shù)，自主建造了連續(xù)靜電紡絲設(shè)備，解決了無針靜電紡絲穩(wěn)定性差、制備的納米纖維膜均勻性差等問題。

仿生氣凝膠纖維

Biomimetic Aerogel Fibers

九、

仿生氣凝膠纖維，通過“解耦”設(shè)計(jì)來解決問題，為新材料研發(fā)提供新方式。

——NAFFIC

氣凝膠纖維，結(jié)合了纖維材料出色的強(qiáng)度、韌性以及氣凝膠材料極低密度和極低熱導(dǎo)率等優(yōu)點(diǎn)，具有獨(dú)特的3D互連多孔結(jié)構(gòu)以及諸多優(yōu)異的物理特性。

幾十億年的生物進(jìn)化歷程使得自然界生物體的某些部位巧奪天工，在長期的生命進(jìn)化過程中，生物合成了種類繁多、性能各異的生物材料來適應(yīng)環(huán)境，維系自身的生存與發(fā)展。仿生材料是模仿生物的各種特點(diǎn)或特性而研制開發(fā)的材料。

仿生+氣凝膠纖維的有機(jī)結(jié)合，將為材料科學(xué)帶來巨大的創(chuàng)新未來，在生物醫(yī)用、能源、環(huán)境等領(lǐng)域具有巨大的應(yīng)用潛力。

受樹木自然蒸騰行為的啟發(fā)，南京林業(yè)大學(xué)黃超伯教授團(tuán)隊(duì)提出了一種集成設(shè)計(jì)策略，通過單向冷凍水解聚丙烯腈（HPAN）、聚乙烯醇（PVA）和碳納米管（CNT）混合物，然后冷凍干燥、熱交聯(lián)、原位聚合和表面改性制成的超疏水PPCPNA氣凝膠，用于制備具有垂直排列通道、多孔結(jié)構(gòu)和底部親水層和上部疏水層的Janus結(jié)構(gòu)的仿生氣凝膠，可以實(shí)現(xiàn)高效太陽能蒸汽水凈化和海水淡化。

浙江大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)模仿北極熊毛的“核-殼”結(jié)構(gòu)制備出一種封裝了氣凝膠的新型超保暖人造纖維纖維：纖維的中心是高分子氣凝膠，其內(nèi)部分布著直徑大約為10-30微米的纖長的小孔，它們朝著同一個(gè)方向排列，像一個(gè)個(gè)存儲空氣的“倉庫”；同時(shí)，一層TPU（熱塑性聚氨酯彈性體）外殼將內(nèi)部的氣凝膠包裹起來。通過調(diào)控纖維內(nèi)部小孔的方向與尺寸，有望“鎖住”紅外輻射。

Science, 2023, 382, 1379.

武漢大學(xué)和東華大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)受到蘆葦葉維管組織結(jié)構(gòu)、蒸騰/防污功能的啟發(fā)，設(shè)計(jì)了仿生分級納米纖維氣凝膠（R-NFAs）。研究顯示，可折疊的維管壁和柔性二氧化硅納米纖維賦予了該氣凝膠優(yōu)異的力學(xué)性能，使其能夠承受重復(fù)的壓縮形變。R-NFAs的光吸收效率達(dá)94.8%，且具有與蘆葦葉相似的蒸發(fā)速率（一個(gè)太陽光下達(dá)1.25 kg m?2h?1）。

東華大學(xué)朱美芳院士團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)并制備了一種“多孔磚和纖維”結(jié)構(gòu)的仿貝殼納米復(fù)合氣凝膠（SCQs），通過在層狀纖維素納米纖維凝膠網(wǎng)絡(luò)中原位生長介孔無機(jī)礦物來實(shí)現(xiàn)。基于跨維度、跨尺度的結(jié)構(gòu)適配工作原理，該有機(jī)無機(jī)納米復(fù)合SCQs具有優(yōu)異的抗壓性能，可以承受成人的壓力而不變形，以及優(yōu)異的絕熱性能，熱導(dǎo)率值低至17.4 mW m-1 K-1，性能甚至優(yōu)于目前航天用隔熱材料-多層隔熱氈。

Advanced Materials, 2023, 35, 2300813.

中國科學(xué)院蘇州納米所張學(xué)同團(tuán)隊(duì)受民間藝術(shù)（陶藝、折紙、編織）啟發(fā)，建立了一種高效的兩次凝膠化(TC)策略，實(shí)現(xiàn)構(gòu)型可編輯高強(qiáng)氣凝膠的制備。作為概念驗(yàn)證，選擇芳綸納米纖維(ANFs)和聚乙烯醇(PVA)作為氣凝膠的主要成分，其中PVA在第一次凝膠化過程中形成彈性的構(gòu)型可編輯凝膠網(wǎng)絡(luò)，ANFs在第二次凝膠化過程中形成構(gòu)型鎖定凝膠網(wǎng)絡(luò)。TC策略保證了所制備的ANF-PVA (AP)氣凝膠既具有高韌性，又具有構(gòu)型編輯能力。所得特殊構(gòu)型產(chǎn)物能夠突破氣凝膠的性能限制，大大拓展氣凝膠的應(yīng)用領(lǐng)域。

超材料

Meta-Materials

十、

超材料紡織品技術(shù)，光、電、熱、聲、力多維度的“超級”材料。

——NAFFIC

“超材料”是指自然界不存在的、人工制造的、三維的、具有周期性結(jié)構(gòu)的復(fù)合材料，如電磁超材料、力學(xué)超材料、聲學(xué)超材料、熱學(xué)超材料以及基于超材料與常規(guī)材料融合的新型材料，形成了新材料的重要生長點(diǎn)。

華中科技大學(xué)團(tuán)隊(duì)將光電超材料技術(shù)與批量纖維制備技術(shù)相結(jié)合，獲得了均勻連續(xù)的超材料纖維。纖維強(qiáng)度可滿足縫紉機(jī)在商用面料上進(jìn)行任意文字和形狀的繡花。在此基礎(chǔ)上，進(jìn)一步利用紡紗織造技術(shù)和層壓技術(shù)，得到了在太陽光波段具有92.4%反射率、在中紅外波段具有94.5%反射率的超材料織物。

北京化工大學(xué)團(tuán)隊(duì)受自然界中瀑布自然分流現(xiàn)象啟發(fā)，提出了傘狀微分噴頭，并通過微流道設(shè)計(jì)，將聚合物熔體進(jìn)行多次分割減薄，實(shí)現(xiàn)了對噴頭末端聚合物熔體射流的微量均布控制，并通過熔熔體靜電紡絲以環(huán)保和經(jīng)濟(jì)的方式生產(chǎn)輻射冷卻薄膜。該薄膜具有出色的太陽反射率（94.2%）和紅外發(fā)射率（97.2%），可實(shí)現(xiàn)高達(dá)8.8°C的低于環(huán)境溫度的冷卻。

新加坡國立大學(xué)John S. Ho教授使用超材料紡織品在人體范圍內(nèi)直接植入到植入的無線網(wǎng)絡(luò)，建立了一種無線技術(shù)，可以直接將身體集成設(shè)備聯(lián)網(wǎng)，用于精確和自適應(yīng)的生物電子治療。生物電子植入物的分布式網(wǎng)絡(luò)可以自適應(yīng)調(diào)節(jié)自主功能，提供閉環(huán)假肢感覺反饋，以及自主管理糖尿病。然而，將分布式植入設(shè)備連接到一個(gè)功能網(wǎng)絡(luò)中，以及基于紡織品的網(wǎng)絡(luò)方法的臨床轉(zhuǎn)化在成本、制造、可靠性和用戶采用方面具有一定的挑戰(zhàn)。

浙江大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)提出了一種“序列微流控紡絲”策略，實(shí)現(xiàn)了纖維軸向異質(zhì)超結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，從而制備了具有軸向可編程性能的超纖維。超材料具有對稱性破缺，纖維性能在軸向方向可進(jìn)行編程與集成。通過將微流控芯片與程序控制的電磁閥進(jìn)行聯(lián)用，可以實(shí)現(xiàn)纖維超結(jié)構(gòu)序列參數(shù)的精確調(diào)控。通過更改超結(jié)構(gòu)的組成，實(shí)現(xiàn)了多形貌、多材料及多功能超纖維的設(shè)計(jì)與制備，極大地豐富了纖維材料的種類與功能。此外，由于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的多元化，可將具有明顯差異性能的纖維序列作為超結(jié)構(gòu)引入到纖維軸向中，設(shè)計(jì)制備具有軸向非對稱性的力學(xué)、電學(xué)、磁學(xué)及電熱超結(jié)構(gòu)纖維，為新型纖維材料的設(shè)計(jì)與制備提供了新思路。

上海交通大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)將柔性的可編程自然纖維與穩(wěn)定的石墨烯超結(jié)構(gòu)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了一種新型兼具低沖擊應(yīng)力與高機(jī)械吸能的超軟抗沖擊超材料。這類新型抗沖擊超材料相比于現(xiàn)有超材料實(shí)現(xiàn)了86%的沖擊強(qiáng)度降低、42%的沖擊能量衰減率降低與135%的能量吸收效率提升。通過數(shù)據(jù)驅(qū)動的智能設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了新型抗沖擊構(gòu)件可編程的沖擊力學(xué)曲線，為航空、國防等高端應(yīng)用領(lǐng)域新型構(gòu)件的定制化復(fù)雜動態(tài)機(jī)械性能提供了可能。