仿生纤维提升超疏织物耐久性

近日，东华大学郭颖教授和葛邓腾研究员受蚯蚓周期性皱皮结构和软体躯干的启发，提出了区别于以往强化策略的软材料策略，在纤维上构筑周期性褶皱，利用褶皱结构和软材料（PDMS）的可逆适应特性来应对超疏涂层的机械形变。

研究团队基于前期在低温等离子体源及成膜的研究基础，开发了等离子体渐变交联技术，为后道处理纺织品获得褶皱化的仿生纤维提供了有力的技术基础。处理过程仅需两步：首先利用浸渍工艺在织物的纤维表面涂敷二甲基硅氧烷预聚体，之后利用优化的等离子体（RFCCP）对织物进行处理。等离子体中活性粒子能够在二甲基硅氧烷预聚体浅层表面渗透并诱导产生功能性官能团，活性基团在低粘度的预聚体中具有自扩散特性，从而引发二甲基硅氧烷预聚体在厚度方向的渐变交联。从厚度方向的XPS 成分和硬度均表明纤维表层的PDMS 具有的渐变特征。因此，经过等离子处理后的PDMS 包覆的PET纤维构成了“硬层-渐变层-刚性支撑层”的三层结构，同时等离子体的热效应使得具有梯度模量的PDMS 表面失稳，受到纤维几何形态的约束，在纤维表面形成轴向周期性褶皱。

该仿生织物经过1000次摩擦循环（44.8 kPa）和800次标准洗涤后仍具有超疏特性，并且在加热或等离子再处理下具有超疏水的自修复特性。在PDMS 层未被破坏的情况下，仿生织物在80℃/30min热处理后，接触角（WCA）可以恢复到155°，滚动角（SA）恢复到10°，并且可以承受多达3000个摩擦循环；在PDMS 层被破坏的情况下，纤维表面仍然包裹着低交联度的PDMS，可以通过等离子再处理再次获得渐变膜，从而恢复超疏特性，但是由于残存的低交联度的PDMS 有限，只能进行有限次数的自修复。考虑到日常穿着织物大多承受轻负荷的摩擦，仿生超疏织物可以通过热烘干和熨烫恢复其超疏水性。