X. Liu, L. Ma, C. Zhou, L. Liu, C. Qian, C. Zhao, L, Jiang. Microgroove-Based Continuous-Spinning of Ultra-Strong Polyelectrolyte Nanocomposite Fibers With Aligned Polymer Chains and Nanosheets. Interdiscip. Mater. 2025; 4(2). doi: 10.1002/idm2.12239
摘 要
图1. 基于水凝胶微通道的连续纺丝策略（A）聚电解质的分子结构，包括带正电荷的聚阳离子电解质(a)和带负电荷的聚阴离子电解质(b)。（B）纺丝装置示意图。（C）聚电解质纤维的SEM横截面图像。
通过调整反应溶液浓度制备了一系列的纤维系统研究了其力学性能，确定0.2%CS和0.3%CMC制备的CS-CMC纤维具有最佳力学性能，其拉伸强度和模量分别高达900.3 ± 21.2 MPa和61.9 ± 2.7 GPa。为进一步提升性能，在反应溶液中引入GO作为纳米填料，制备了CS-CMC-GO纳米复合纤维。通过优化GO含量，获得了具有超高力学性能的纳米复合纤维，其拉伸强度达到1783.8 ± 47.1 MPa，模量高达183.5 ± 4.6 GPa，显著优于文献已报道的其他聚电解质纳米复合纤维。
图3.（A）CS-CMC纤维在不同CS溶液浓度下的拉伸应力-应变曲线。（B）CS-CMC纤维在不同CS溶液浓度下的拉伸强度和模量。（C）不同GO含量的CS-CMC-GO纤维的拉伸应力-应变曲线。（D）不同GO含量的CS-CMC-GO纤维的拉伸强度和模量。（E）MCS策略制备的CS-CMC-GO纤维与文献报道的其他聚电解质纳米复合纤维的拉伸强度和拉伸应变的对比。（F）MCS策略制备的CS-CMC-GO纤维与文献报道的其他聚电解质纳米复合纤维的模量和拉伸强度的比较。
为深入研究剪切液流对聚合物链取向的影响，采用粗粒化模型进行了分子动力学模拟，模拟了CS和CMC聚合物链在剪切液流作用下的构象变化。通过分析均方末端距和均方回转半径（Rg）沿剪切方向（Y轴）的变化，发现剪切液流显著促进了聚合物链沿剪切方向的伸展和取向。分子动力学模拟结果与偏光显微镜和广角X射线散射实验结果一致，证实了剪切液流能够有效促进聚合物链的取向组装。
基于上述实验结果，得出结论：剪切流诱导的聚合物链和纳米片的高度取向、取向聚合物链与取向纳米片之间的强相互作用，以及纤维内部均匀致密的结构，协同赋予了纳米复合纤维优异的力学性能。这些发现为设计和制备高性能纳米复合纤维提供了重要的理论依据和实验指导。
图5. 分子动力学模拟CS和CMC链的结果：（A）剪切作用下CS和CMC分子构象的变化。（B）聚合物链的Rg的笛卡尔坐标分量。（C）分子构象随剪切时间的变化（由于链长超过模拟盒长度，为保持分子完整性，部分分子显示在盒外。第一行模拟盒尺寸相同，部分图像经过缩小以展示完整的分子构象）。
图6.（A）多股CS-CMC-GO纤维融合的纵向SEM图像：(i-iv)分别为单根纤维、2股、3股和4股纤维束的SEM图像。（B）多股CS-CMC-GO纤维融合的横截面SEM图像。（C）经不同pH盐酸溶液处理的CS-CMC-GO纤维的拉伸应力-应变曲线。（D）经不同pH盐酸溶液处理的CS-CMC-GO纤维的拉伸强度和模量。（E）L02细胞与CS-CMC-GO纤维共培养24小时后的细胞活性（空白对照组为无纤维培养）。（F）L02细胞与CS-CMC-GO纤维共培养后的荧光显微镜图像。
江 雷
中国科学院院士、美国工程院外籍院士、欧洲科学院院士、澳大利亚科学院外籍院士、第三世界科学院院士、中国科学技术大学纳米科学与技术学院院长。2015年加入中国科学院理化所任研究员。2008-2019年兼任北京航空航天大学化学学院院长。2022年任中国科学技术大学纳米科学与技术学院院长。主要在交叉科学领域从事仿生界面材料的合成与制备方面的研究，现兼任Small 国际顾问编委会主席、Sci. China-Mater. 副主编、Adv. Funct. Mater.、ACS Nano、Chem. Mat.、Mater. Horizons、Small Sci.、Adv. Mater. Interfaces、《高等学校化学学报》、《无机化学学报》、《高分子学报》等杂志编委。
赵创奇
中国科学技术大学特任研究员、博士生导师，入选中国科学院青年百人计划（择优），2020年入选全国博士后创新人才支持计划（博新计划）。主要研究方向为高性能生物材料的研究及其仿生制备，仿生高强韧矿化材料及基因材料。近年来已在国内外高水平学术期刊上作为第一/通讯作者发表SCI论文多篇，其中包括Nature、Angew、Matter、ACS Nano、Nano Res.、Sci. China Mater. 等。获得5项授权发明专利。
刘晓静
Interdisciplinary Materials（交叉学科材料）是由Wiley出版集团与武汉理工大学联合创办的开放获取式高水平学术期刊。主编为张清杰院士和傅正义院士。33位国际杰出学者和46位两院院士作为期刊的编辑委员会委员。Interdisciplinary Materials 是国际上聚焦材料与其它学科交叉前沿发起出版的首本“交叉学科材料”领域高水平期刊，旨在发表材料学科与物理、化学、数学、力学、生物、能源、环境、信息等学科交叉研究的最新成果。
· 2022年6月被DOAJ数据库收录
· 2022年9月入选“中国科技期刊卓越行动计划高起点新刊”
· 2023年7月被Ei Compendex数据库收录
· 2023年11月被ESCI数据库收录
· 2024年3月获期刊出版许可证
· 2025年1月被Scopus数据库收录
· 2025年3月入选中科院一区Top期刊· 影响因子：24.5
https://onlinelibrary.wiley.com/journal/2767441X
http://sklwut.whut.edu.cn/im/wz/
https://mc.manuscriptcentral.com/intermat
im@whut.edu.cn
2767-441X (online)；2767-4401 (print)
CN 42–1945/TB
