近年來，微納纖維以其優(yōu)異的納米尺度效應、高比表面積及豐富多孔的結構在醫(yī)學、航天環(huán)境保護等領域有著廣闊的應用，成為當今先進材料極具挑戰(zhàn)的前沿方向之一。其均勻的微納尺寸被認為是一種成本低廉且易于操縱的微反應器。2019年，南京工業(yè)大學材料化學工程國家重點實驗室、化工學院陳蘇教授團隊提出微流控（microfluidic）紡絲化學（Fiber Spinning Chemistry，FSC）的概念（Adv. Sci. 2019, 6(22), 1901694），即在微流控紡絲過程中，以微納纖維為載體，借助微流控芯片，將反應物在紡絲過程中原位發(fā)生反應生成納米纖維雜化材料，利用微納纖維納米反應器的限域效應，可以方便地制備出先進的納米材料，此類納米材料不易團聚，制備過程無廢水產生，是一條方便綠色合成納米材料的方法，受到廣泛關注。

近期，南京工業(yè)大學材料化學工程國家重點實驗室、化工學院陳蘇教授團隊在以往長期研究的基礎上，撰寫了微流控紡絲化學及應用的綜述，全面總結了先進FSC策略與應用。尤其重點討論了微流控芯片在FSC過程中的調節(jié)作用。此外，還總結了FSC策略在熒光納米材料合成、多維纖維非織造布和全天候智能紡織品方面的應用。

圖1 紡絲化學的原理、策略和應用示意圖

該文章以“Recent advances in microfluidic fiber-spinning chemistry”為題發(fā)表在Journal of Polymer Science期刊上。南京工業(yè)大學碩士研究生宋研為第一作者，南京工業(yè)大學陳蘇教授、于曉晴博士后為通訊作者。

微流控紡絲化學的分類

微流控技術是一項能夠對微通道中的流體進行精確和系統(tǒng)操縱的先進技術。該技術能夠在微平臺上靈活組合多功能組件，在微流控芯片內實現微流控紡絲化學反應，與傳統(tǒng)紡絲方法相比，此紡絲過程不再是一種物理牽伸的過程，而是一個紡絲化學的過程，因此賦予了纖維多功能性與變化性，且具有反應過程連續(xù)且高度可控、安全可靠、綠色環(huán)保和易放大等優(yōu)勢。

FSC策略通過在紡絲過程中使用微/納米纖維作為化學反應的反應器來實現纖維的形態(tài)、結構和功能多樣性，極大地豐富了納米纖維紡絲過程中組成、形態(tài)和結構調控的內涵。根據微流控紡絲工藝與FSC的結合，可分為微流控FSC、微流控靜電FSC和微流控氣噴FSC策略。

圖2微流體紡絲FSC策略

圖3微流控靜電紡絲FSC

圖4微流體氣噴紡絲FSC策略

微流控紡絲化學芯片的設計

微流控芯片使化學反應在有限的空間和溫和的條件下進行，不僅避免了大量有毒溶劑的使用，還減少了廢產物的生成及能源消耗。同時，微流控芯片可用于精確控制超細纖維中各反應物組成及產物的微觀結構與形態(tài)。優(yōu)勢在于可以靈活組合、可規(guī)模化集成，實現反應的微型化、連續(xù)化、自動化和并聯(lián)規(guī)模化。微流控芯片已廣泛應用于生物醫(yī)學、環(huán)境監(jiān)測、刑事科學、食品和商品檢驗、軍事科學和航空航天科學等重要領域。該文重點介紹了微流控芯片在多通道交匯處的幾何結構，并將微流控芯片分為T型微流控芯片、Y型微流控芯片和共流微流控芯片。

圖5Y型微流控芯片

圖6T型微流控芯片

圖7共軸流微流控芯片

微流控紡絲化學的應用

微流控FSC策略為原位生產性能優(yōu)異的功能化微米/納米級纖維雜化材料提供了有效途徑。

圖8 微流控FSC策略制備鈣鈦礦納米晶和高熒光CdSe量子點

圖9FSC紡絲化學在全天候智能紡織品方面的應用

總而言之，該文從FSC制備機理和技術優(yōu)勢兩方面對FSC的發(fā)展進行了綜述與展望。其本質核心是如何實現纖維的工程化、高性能化和結構功能一體化，尤其是實現規(guī)模化連續(xù)可控制備性能優(yōu)越的先進納米材料，更是給納米材料產業(yè)帶來了全新視角，同時，提供了一條嶄新的微流控紡絲技術可實用化的途徑。可以預見FSC策略的廣泛應用必將推動功能性納米纖維的發(fā)展。

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