文章来源：高分子科技
多材料、多功能的集成是材料发展的趋势，也是新一代功能及智能纤维与织物的发展方向。要实现最高密度的材料功能集成，最理想的思路是在单根纤维轴向方向进行材料组分的设计和控制。有别于传统的均质纤维，在轴向方向上存在周期性序列结构的纤维可以称为超纤维（Meta-Fiber）。超纤维是超材料（Meta-materials）的一个重要类别，按照序列性质可以包含力学超纤维（Mechano-Metafiber）、电学超纤维（Electro-）、磁学超纤维（Magnetic—）等。超纤维为功能智能织物的设计提供了极为广阔的开放设计空间。然而，有别于传统的均质纤维，超纤维的结构性能特征关系及基本应用模式还有待探索。
近期，浙江大学高分子系许震副教授团队与机械工程学院尹俊研究员合作，设计制备了一种弹性力学编码超纤维，揭示了其独特的非线性力学变形行为模式，并将之用于纤维电子器件的设计。由于在纤维轴向方向具有不同力学性能的嵌段编码序列，引入了局域力学性质的对称性破缺，弹性力学超纤维在均匀拉伸下表现出独有的局域应变现象。通过调节纤维嵌段序列的比例与材料种类，力学超纤维表现出“局域应变放大”和“局域应变抑制”两种基本变形模式。应变的局域效应可以适应纤维电子器件中局域力学性能的设计需求，团队设计制备了高灵敏度纤维传感器、可拉伸纤维电子器件、纤维电容器及电致发光阵列等，为纤维电子器件的设计与制备提供了新思路。研究成果以“Axially Encoded Mechano-Metafiber Electronics by Local Strain Engineering”为题发表于《Advanced Materials》上。该论文基于前期实现超纤维轴向材料序列编码的成果（Sequence spinning axially encoded metafibers，Matter, 2023, 6, 1-16）完成。成果的第一作者均为浙江大学高分子科学与工程学系在读博士生马静雨。
工作亮点
图1. A）力学编码超纤维设计示意图。B）一根百米长的力学编码超纤维。 C）力学编码超纤维轴向结构解析。D）纤维嵌段序列长度与比例与纺丝投料时间关系图。E）不同嵌段序列长度、比例的超纤维图片。
图2. A）不同超纤维拉伸应力-应变曲线。B）超纤维模量-硬段纤维序列比例关系图。C）硬段/软段局域应变与整体应变关系图。D，E，H）“局域应变放大”模式。F，G，I）“局域应变抑制”模式。
图3. A）超纤维非线性力学变形模式用于纤维电子器件的设计理念。B-D）高灵敏度纤维传感器的性能与硬段纤维序列比例关系。E-G）可拉伸纤维电子器件的性能。
图4. A）纤维电子器件阵列的设计示意图。B-D）高电压输出的纤维超级电容器。E-G）可电致发光的纤维发光阵列。
