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背景介绍

聚合物纳米复合纤维具有优异的机械强度、韧性和振动传导性，可用于编织防护设备和智能可穿戴设备等高科技应用领域。具有均匀结构的人造聚合物复合纤维相对较弱，在实际应用中容易损坏，而实际应用往往要求高负载或冲击耐受性和抗拉强度。为了增强和韧化聚合物复合纤维，人们做了很多努力，引入了拉伸加载过程中的能量耗散机制，如多层互穿聚合物网络和纳米材料复合增韧。这些方法的重点是成分选择和分子工程，而不是像自然界的同类产品那样，将结构变化局限于狭窄的长度尺度（分子或纳米尺度）。我们提供了一种将聚合物限域在纳米尺度各向异性结构的增强策略，所提出的策略可应用于纳米复合纤维的连续大规模生产，也可推广到其他聚合物纳米复合材料，从而将纳米复合纤维的适用性扩展到要求更高的机械负载和机械振动传输条件。

成果简介

本文报导了一种乙二胺四乙酸二钠钙（EDTA-Ca）与PVA纳米复合物纤维（EPVAF），它通过机械拉伸辅助脱盐处理，将取向的PVA聚合物网络和EDTA-Ca棒沿长度方向结合在一起。在 EPVAF 中，沿纤维长度方向析出的 EDTA-Ca 盐堆积成棒状，将取向的PVA分子链限域在盐棒间，限域空间的大小可通过拉伸和盐析来控制。受限的 PVA网络可提供应变。根据该机理，EPVAF 的极限强度为 786 ± 2.7 MPa，极限应变为 81 ± 9%。实验结果表明，100 Hz 的正弦机械振动沿EPVAF轴向传输，其速度保持率为 84.1%，总谐波失真（THD）为 85.3%，这表明EPVAF具有沿纵向高度取向的各向异性结构。纤维内部的微观结构可通过调整EPVAF拉伸比和EDTA-Ca溶液的重量百分比来调节，从而改变EPVAF的机械性能和机械振动传递能力。我们认为在PVA纤维中采用拉伸辅助脱盐策略在抗冲击保护材料和智能可穿戴设备具有应用潜力。

作者简介

刘明杰，北京航空航天大学化学系教授，博士生导师。国家杰出青年科学基金（2017年）。国际仿生工程学会杰出青年学者（2019）。发表了 120 多篇学术论文，根据谷歌学术统计，引用次数超过10,000次。科研兴趣集中于通过多相有序结构工程设计生物启发的自适应凝胶材料，并探索其在防生物污损涂层、薄膜制造、柔性电子和软机器人中的应用。他的文章发表在《自然》（Nature）、《自然-材料评论》（Nature Reviews Materials）、《自然-通讯》（Nature Communications）、《科学进展》（Science Advances）、《应用化学》（Angewandte Chemie International Edition）、《先进材料》（Advanced Materials）等杂志上。刘教授是《巨人》杂志的执行主编，也是《高分子》和《高分子学报》等其他五本杂志的编委。

文章信息

Chen H, Yang G, Sun Y, et al. Continuous preparation of strong and tough PVA nanocomposite fibers by mechanical stretching-assisted salting-out treatment. Nano Research, 2023, https://doi.org/10.1007/s12274-023-6075-2.

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