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  同時提高纖維材料的強度和韌性是工業(yè)和科學(xué)研究的一個重要而長期的目標(biāo)。高強度使纖維能夠承受重物，高韌性使纖維能夠吸收高沖擊能量。人們開發(fā)了不同的策略來提升纖維的部分性能，如創(chuàng)建交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)、自組裝形成納米纖維、引入犧牲結(jié)構(gòu)、采用捻曲結(jié)構(gòu)獲得螺旋排列、應(yīng)力誘導(dǎo)聚合物斷鏈和形成、拉伸-釋放訓(xùn)練以增加聚合物鏈和納米纖維的排列、以及整合上述機制的分層設(shè)計。這些提升纖維強度的方式，通常是采用提高分子鏈的軸向取向增加纖維內(nèi)部的結(jié)晶程度。但是，分子鏈的軸向取向總是會導(dǎo)致纖維強度的增加和韌性的降低。要同時提高分子鏈的取向性和纖維的伸長率，從而獲得高強度和高韌性仍然是一個挑戰(zhàn)。

圖1帶褶皺鞘層的PRx-HF的制備、形態(tài)和機械性能。

圖2 PRx-HF的力學(xué)性能、廣角圖和偏振顯微鏡圖像顯示PR對聚合物鏈排列的梳理作用。

圖3 循環(huán)拉伸-釋放訓(xùn)練中PR_4.9-HF力學(xué)性能和衍射模式的演變。

圖4 PRx-HF濕汽驅(qū)動性能分析。

  綜上所述，通過模擬皮膚，通過對PR水凝膠纖維的循環(huán)訓(xùn)練，研制出了一種帶扣鞘的人造蜘蛛絲。PR中的a-環(huán)糊精充當(dāng)梳子，在纖維拉伸過程中增加聚合物鏈的排列，然后在隨后的纖維松弛過程中折疊成屈曲的結(jié)構(gòu)。PR作為一系列的動滑輪來承受更高的應(yīng)力，作為動態(tài)交聯(lián)來增加聚合物鏈的延伸，提高纖維的耐水性。人工蛛絲的斷裂強度為1.61 GPa，韌性為466 MJ m^?3，超過了最強的天然蛛絲。此外，PR人工蛛絲表現(xiàn)出強大的超收縮驅(qū)動能力，做功量為1.89 kJ g^?1，驅(qū)動行程為82%，驅(qū)動應(yīng)力為22 MPa，是一種強大的纖維人工肌肉。通過分子排列設(shè)計具有屈曲結(jié)構(gòu)的人造蜘蛛絲，可能會啟發(fā)防護設(shè)備、可植入生物材料、假體、人工肌腱、人工肌肉和智能設(shè)備的新設(shè)計。高排列聚合物鏈的折疊和屈曲結(jié)合光纖驅(qū)動可應(yīng)用于其他領(lǐng)域，如光學(xué)、電氣和磁性設(shè)備，以及與高魯棒性光纖、傳感器、能量采集器和人機界面相關(guān)的領(lǐng)域。

  原文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202212112

劉遵峰教授課題組招聘信息

招生及招聘內(nèi)容：

推免生、碩士、博士、博士后、特聘副研究員等

學(xué)科方向：

材料學(xué)，化學(xué)，生物學(xué)、紡織與纖維、金屬、計算模擬、電子信息等學(xué)科

實驗室研究方向:

1.高強韌纖維、智能材料

2.人工肌肉、傳感器

3.納米材料、柔性固態(tài)制冷等

課題組網(wǎng)址：https://liuzunfeng.nankai.edu.cn

招聘要求：

1.博士招收采取推免制，具有獨立的科研能力，英語水平良好（6級或其它相當(dāng)水平），具有發(fā)表英文學(xué)術(shù)論文經(jīng)驗；性格開朗，有良好的團隊合作和對外溝通能力；

2. 能夠協(xié)助合作導(dǎo)師管理和完成科研項目并協(xié)助指導(dǎo)研究生。

3. 要求應(yīng)聘人員工作認(rèn)真負(fù)責(zé)，踏實肯干，具團隊精神。

應(yīng)聘方式：

（一）請應(yīng)聘者將簡歷及相關(guān)證明材料（ 文章、成果情況等 ）通過郵件，以“應(yīng)聘崗位＋姓名”為主題發(fā)送至以下郵箱：liuzunfeng@nankai.edu.cn

（二）將以郵件或電話的方式通知通過初選的應(yīng)聘者，前來參加本單位組織的筆試或面試。

劉遵峰教授簡介

劉遵峰，南開大學(xué)教授，國家杰出青年基金獲得者。

研究方向為柔性智能高分子纖維材料，包括高強韌人造蜘蛛絲、人工肌肉、柔性電子、柔性制冷等。在 Science , Nat. Commun., Adv. Mater.等國際學(xué)術(shù) SCI 期刊上發(fā)表研究論文 100 余篇。其中2015年關(guān)于可拉伸導(dǎo)體的研究工作被美國《Discover Magazine》評選為2015年度全球TOP100重大科學(xué)發(fā)現(xiàn)；2019年關(guān)于“扭熱制冷”的工作發(fā)展了逆轉(zhuǎn)制冷新方法，大幅提高了制冷效率；研發(fā)的水凝膠纖維人造蜘蛛絲強度與韌性性能接近天然蜘蛛絲；基于多種纖維材料等發(fā)展了多種智能織物。發(fā)展了基于零泊松比褶皺結(jié)構(gòu)的彈性導(dǎo)體，構(gòu)建了多層次協(xié)同作用的模擬神經(jīng)傳導(dǎo)、應(yīng)變傳感、驅(qū)動為一體的人工肌肉纖維。  多篇關(guān)于柔性健康監(jiān)測的文章被選為封面文章，受邀撰寫多篇綜述，授權(quán)中國專利8余項，在多個國內(nèi)外學(xué)術(shù)會議做邀請報告40余次。

五篇代表性論文：

1. Run Wang#, Shaoli Fang#, Zunfeng Liu*, Ray H. Baughman* et al. Torsional refrigeration by twisted, coiled, and supercoiled fibers, Science 2019, 366(6462): 216-221.  

2. Zunfeng Liu, Shaoli Fang*, Ray H. Baughman* et al. Hierarchically Buckled Fibers for Superelastic Electronics, Sensors, and Muscles, Science 2015, 349(6246): 400-404.

3. Xueqi Leng, Guangkai Mei, Guanghao Zhang, Zunfeng Liu* and Xiang Zhou*. Tethering of twisted-fiber artificial muscles, Chem. Soc. Rev. 2023, 52: 2377-2390.  

4. Yuanyuan Dou, Zhen-Pei Wang, Wenqian He, Tianjiao Jia, Zhuangjian Liu, Pingchuan Sun, Kai Wen, Enlai Gao, Xiang Zhou, Xiaoyu Hu, Jingjing Li, Shaoli Fang, Dong Qian, Zunfeng Liu*, Artificial Spider Silk from Ion-Doped and Twisted Core-Sheath Hydrogel Fibres, Nat. Commun. 2019, 10, 5293.  

5. Kaiqing Yu, Xiaozhou Ji, Tianyu Yuan, Yao Cheng, Jingjing Li, Xiaoyu Hu, Zunfeng Liu*, Xiang Zhou*, Lei Fang* Robust Jumping Actuator with a Shrimp-Shell Architecture, Adv. Mater. 2021, 2104558.