北京航空航天大学程群峰AFM：还原氧化石墨烯功能化蚕丝纤维

文章来源：北科新材浏览次数：4612时间：2021-06-30 QQ学术交流群：1092348845

天然桑蚕丝（Bombyx mori Silk）因其绿色可再生、易降解等特点在纺织工业等领域有巨大应用潜力。然而，天然蚕丝缺乏智能织物所需的关键性能，如导电性和稳定性，限制了它在不断增长的可穿戴智能器件市场的应用；此外，与工业纤维（如芳纶和碳纤维）相比，天然蚕丝的强度仍不足以用于实际应用。为了赋予蚕丝更好的功能，研究人员开发了多种对蚕丝改性的方法，例如再生蚕丝蛋白复合材料、表面改性、饲喂蚕等。但是这些改性方法往往会破坏蚕丝原有的结构，损害其本身的优异特性。因此，如何在不损伤原有天然蚕丝的优异性能的前提下，实现对天然蚕丝的功能化，从而提高天然纤维的力学性能，并引入导电等功能特性，仍然是一个巨大挑战。

近日，北京航空航天大学程群峰教授课题组受天然核-鞘结构启发，提出了一种界面增强策略制备还原氧化石墨烯功能化桑蚕丝（GS）的方法。GS 在拉伸强度和韧性方面表现出色，分别达到 1137.7 ± 85.3 MPa 和 304.5 ± 50.9 MJ m^-3，高于其他改性蚕丝纤维。此外，rGO 赋予了纤维良好的电学性能，例如导电性以及出色的温度和形变响应。这种功能化蚕丝在智能纺织、运动监测和等领域具有巨大的应用潜力。此工作显示了界面增强策略在天然纤维功能化方面的可行性，为制备绿色强韧功能性纤维材料提供了新策略。

图1. A) GS的制备过程。B–D)蚕丝、蚕丝单丝、GS的电镜图像（插图为截面电镜图像），标尺：10微米。

图2. A)蚕丝单丝和GS的力-应变曲线；B) 蚕丝单丝和GS的拉伸强度与韧性；C) 还原氧化石墨烯功能化层的含量与GS的电导率；D) GS的拉伸强度和韧性与其他改性蚕丝的对比图。

图3. A) GS的拉伸断裂过程；B) GS的断面形貌；C)蚕丝单丝、GS、rGO-CS、GO的红外光谱图。

图4. A) GS的电阻与温度变化的响应；B) GS的电导率在拉伸、弯曲循环下的稳定性；C) GS的电阻在拉伸循环下的变化；D) GS的电阻在弯曲循环下的变化。

该研究得到了国家自然科学基金优秀青年科学基金、国家自然科学基金、牛顿高级学者基金、北京市自然科学基金杰出青年科学基金、111引智计划、生物医学工程高精尖中心等项目的支持。

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