近日，东华大学先进低维材料中心学术副主任杨曙光教授课题组在ACS Macro Letters上发表了题为《超弹性氢键复合物纤维》（Highly Elastic Fibers Made From Hydrogen-Bonded Polymer Complex）的研究论文并申请发明专利。ACS Macro Letters为高分子领域最优秀杂志之一。这一成果的发布标志着课题组在弹性纤维研究、复合物纤维制备、高聚物应用拓展等方面取得重要进展。

图1.杨曙光教授课题组在ACS Macro Letters上发表了题为《超弹性氢键复合物纤维》的研究论文

    弹性纤维一般是通过改变织物物理结构的松紧来实现外弹和回缩。此项研究工作提出了一种新的高分子氢键复合物纤维制备方法，主要是对氢键复合物制备出均相的纺丝溶液来探索弹性纤维的本身设计。首先，通过加入碱抑制复合物高分子链间的氢键，制备出均相的纺丝溶液。将纺丝溶液通过该装置喷丝挤出后，引入酸性物质使高分子链间的氢键重建纤维凝固成型，由此制备出聚氧化乙烯/聚丙烯酸的高分子氢键复合物纤维。在研究过程中，课题组还自主设计制作了专门的微型湿法纺丝装置并申请获得发明专利。

图2. 论文中纤维合成机理图及纤维SEM照片等

    实验表明，这种制备方法赋予了氢键复合物纤维高弹性、湿敏性等新的性能。制备出的氢键复合物纤维断裂伸长率超过1200%，其弹性伸长的性能大大超过了传统的聚氨酯（莱卡的主要成分）和天然橡胶纤维（一般伸长率为300-600%）。同时，该纤维还表现出对环境湿度良好的敏感性，湿度越低，弹性越好。

    在这项略显神奇的由非弹性材料到高弹性纤维的研究工作中，聚氧化乙烯和聚丙烯酸，氢键复合物纤维中这两种自身不具备弹性的高分子物质，它们间的氢键在这场弹性“大变身”中扮演了重要的双重角色。由于氢键本身的力不强，比较柔软，对小的刺激有大响应，可以充分表现出软物质的特性。一方面通过氢键很好地抑制聚氧化乙烯的结晶，从而使其保留良好的柔性；而另一方面，动态的氢键作用也赋予体系在撤去应力后具有回复力,从而使得纤维展现出优异的弹性。

    随着科技不断进步，人们越来越不满足于传统纤维所带来的保暖效果，精细化、品质化、健康化已经成为更高层面的消费追求。中国作为世界化纤大国，目前绝大部分纤维都是由单一的高聚物组成，因此，开发出结构、组成均匀，达到分子层面共混的功能复合纤维，满足产业需求显得尤为必要。

    杨曙光教授凭借深厚的高分子物理学科基础，特别是对氢键结构和动力学过程的深入了解，带领课题组找到了与纤维材料“联袂”研究的切入点，历经四年成功制备出了氢键复合物纤维。他表示，目前这项工作仍处于研究阶段，实现产业化还有很多工作要做，比如要进一步加强纤维的铰链，使得弹性更高；引入功能性基团，改造纤维的功能；不断改进喷丝装置，从纤维往薄膜方向推进研究等。我们可以预见，超弹性氢键复合物纤维将在柔性电子、电介质发电机、非平板电视等柔性器材研发领域有广阔应用前景。