仿生纖維提升超疏織物耐久性

近日，東華大學郭穎教授和葛鄧騰研究員受蚯蚓周期性皺皮結構和軟體軀干的啟發，提出了區別于以往強化策略的軟材料策略，在纖維上構筑周期性褶皺，利用褶皺結構和軟材料（PDMS）的可逆適應特性來應對超疏涂層的機械形變。

研究團隊基于前期在低溫等離子體源及成膜的研究基礎，開發了等離子體漸變交聯技術，為后道處理紡織品獲得褶皺化的仿生纖維提供了有力的技術基礎。處理過程僅需兩步：首先利用浸漬工藝在織物的纖維表面涂敷二甲基硅氧烷預聚體，之后利用優化的等離子體（RFCCP）對織物進行處理。等離子體中活性粒子能夠在二甲基硅氧烷預聚體淺層表面滲透并誘導產生功能性官能團，活性基團在低粘度的預聚體中具有自擴散特性，從而引發二甲基硅氧烷預聚體在厚度方向的漸變交聯。從厚度方向的XPS 成分和硬度均表明纖維表層的PDMS 具有的漸變特征。因此，經過等離子處理后的PDMS 包覆的PET纖維構成了“硬層-漸變層-剛性支撐層”的三層結構，同時等離子體的熱效應使得具有梯度模量的PDMS 表面失穩，受到纖維幾何形態的約束，在纖維表面形成軸向周期性褶皺。

該仿生織物經過1000次摩擦循環（44.8 kPa）和800次標準洗滌后仍具有超疏特性，并且在加熱或等離子再處理下具有超疏水的自修復特性。在PDMS 層未被破壞的情況下，仿生織物在80℃/30min熱處理后，接觸角（WCA）可以恢復到155°，滾動角（SA）恢復到10°，并且可以承受多達3000個摩擦循環；在PDMS 層被破壞的情況下，纖維表面仍然包裹著低交聯度的PDMS，可以通過等離子再處理再次獲得漸變膜，從而恢復超疏特性，但是由于殘存的低交聯度的PDMS 有限，只能進行有限次數的自修復。考慮到日常穿著織物大多承受輕負荷的摩擦，仿生超疏織物可以通過熱烘干和熨燙恢復其超疏水性。