Adv Sci综述：蚕丝微观结构功能化制备智能电子学、光子学器件

纳米技术

2021-11-22

蚕丝（Bombyx mori）纤维对于智能纺织物具有非常重要的意义，比如纤维传感器，纤维执行器，光学纤维，能量收集等智能纺织物。蚕丝中的丝素蛋白SF（Silk fibroin）能够在微观尺度上在溶液环境中通过折叠转变为纤维结构。因此通过这种过程能够通过控制丝素蛋白SF分子结构，实现微观尺度上的功能化。特别是，丝素蛋白SF的溶液通过人工纺丝技术或者自组装过程（比如湿法纺丝、干法纺丝、微流控纺丝、静电纺丝、直写技术），可以实现构建可再生的纤维器件。通过微观结构功能化，能够实现调控丝素蛋白SF从宏观到微观尺度的性质，将丝状纤维结构转变为智能纤维器件，比如传感器，执行器，光纤，荧光纤维，能量收集等。

有鉴于此，厦门大学海洋与地球学院刘向阳等综述报道丝素蛋白SF出发构建纤维微观结构、纤维的电子学/光子学性质、纺丝技术、纤维结构表征手段等。同时作者对智能丝状纤维器件应用于可穿戴人体医疗、自行式外骨骼、光纤和发光纤维、可持续使用的能量收集器件等领域的应用、纤维的相关性质以及面临的挑战。

本文要点：

（1）

作者在本综述中，讨论了蚕丝蛋白的微观功能化、形成智能柔性丝状纤维器件、相关器件在电子学/光子学领域的应用。蚕丝蛋白作为一种古老的天然纺织物和对人类友好的材料，理解这种材料的功能、从基础和微观角度理解和对其功能性进行设计，有助于构建和设计新型功能性纤维材料。

（2）

这种介孔材料能够用于构建纤维电子学/光子学材料器件。丝状纤维的多级结构包含5个等级，分别为氨基酸、β-折叠、α-螺旋、β-微晶、晶化的网络（纳米纤维）。这种多级结构是导致丝线纤维产生各种宏观性质的关键，β-晶化过程中的β-晶化作用力非常强，因此产生的晶体网络结构具有较好的稳定性和韧性。

微观结构重组、微观掺杂、微观杂化是三种从微观上实现材料功能化的主要方法。通过这几种方法能够实现不同功能的纳米粒子形成微观丝线纤维，因此产生各种不同性质，包括机械力学、电子学、光学等性质。而且，基于材料构件的基本原理，各种各样的功能性组分能够用于制备新型复合结构纤维材料，实现各种新型功能的同时还可以维持本身优良属性。

参考文献

Ronghui Wu, Liyun Ma, Xiang Yang Liu, From Mesoscopic Functionalization of Silk Fibroin to Smart Fiber Devices for Textile Electronics and Photonics, Adv. Sci. 2021, 2103981

DOI: 10.1002/advs.202103981

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/advs.202103981