清华大学王训团队制备出高柔性、可拉伸的纳米线超晶格纤维

随着越来越多的无机超细纳米线被合成，它们在光学，电学和磁学中的应用引起了人们广泛的兴趣。常规的无机纳米线纤维通常不可拉伸的并且几乎没有弹性，这会限制它的实际应用。超细无机纳米线在尺寸结构上与高分子链类似，因此湿纺和静电纺丝已被应用于制造纳米线纤维。迄今为止，通过湿纺已经获得了Bi2S3，金和羟基磷灰石纳米线纤维，并且通过静电纺丝法也已经获得了GdOOH 纳米线纤维。获得的纳米线纤维具有良好的光学或机械性能。由于缺乏适当的层次结构，到目前为止获得的纳米纤维纤维的可拉伸性和断裂伸长率都很低。

清华大学王训团队受到樱桃树皮中螺旋状纤维素的启发，将这种特性应用于柔性纳米线的制造中。将长度为数百纳米，直径小于1纳米的GdOOH纳米线纺丝原液通过湿纺来制造纳米线纤维。在注射应力，剪切力和溶剂交换的影响下。通过控制纺丝原液和凝固浴，流动速率等可以得到有序的弹簧状纳米线结构。从而获得高度可拉伸的柔性纳米线纤维。该纳米线纤维断裂伸长率通常可以达到40-50％，最高伸长率可达86％。并且该纳米线纤维在缠绕，弯曲和扭曲的情况下都不会产生任何裂缝。通过拉伸试验中的结构转变和同步加速器小角X射线散射（SAXS）研究得出，纤维中整齐的弹簧状纳米线组装超晶格是产生该特性的主要原因。并且通过添加无机纳米颗粒，能够使该纳米线纤维进一步增强增韧。

图文速递

图1. GdOOH 纳米线纤维的制造工艺和形态特征。

a）亚纳米级 GdOOH 纳米线的TEM和STEM图像（插图左下，比例尺为20nm）。 照片（右边插图）显示了纳米线的分散性。b）纳米线纤维的制备过程。c）凝胶纳米线纤维。d）干燥的纳米线纤维。e）纳米线纤维的光学显微镜图像。f）在交叉偏振器的偏光显微镜下，纳米线纤维的光学图像。 纳米线纤维的轴与分析仪的极化方向之间的角度为0°。g）纳米线纤维的高倍SEM图像。h k）缠绕，弯曲，扭曲和捆绑的纳米线纤维的SEM图像。

图2. 纳米线纤维的机械特性。

a）样品的代表性应力-应变曲线。b）F1，F2，F3和F4的力学参数的比较。c）独立的F1的应变循环行为。d）60％应变下独立的F1的松弛行为。

图3.拉伸或破裂的纳米线纤维的特征。

a）自然状态下纳米线纤维的SEM图像。b，c）纳米线纤维在张力下的SEM图像。d）纳米线纤维上剪切带的SEM图像。e）拉伸断裂后纳米线纤维的SEM图像。f，g）拉伸断裂后纳米线纤维横截面的SEM图像。h）螺旋纤维的低倍SEM图像。螺旋纤维 i）外表面和j）内表面的SEM图像。k）该图显示了纳米线纤维的拉伸过程。l，m）同步加速器SAXS的示意图，用于拉伸前和拉伸状态下纳米线纤维的观察。n）源自SAXS的积分散射轮廓。

图4. 纳米线-纳米颗粒纤维的机械性能。

纳米线-纳米颗粒纤维的SEM图像a，b）10wt％纳米颗粒，c，d）7.5wt％纳米颗粒，和e，f）5wt％纳米颗粒。g）纳米线-纳米颗粒纤维的代表性应力-应变曲线。h）具有5wt％纳米颗粒的单个纳米线-纳米颗粒纤维的应变循环行为。i）具有10,7.5和5wt％纳米颗粒的纳米线-纳米颗粒纤维的机械参数的比较。

相关论文以“Highly Flexible and Stretchable Nanowire Superlattice Fibers Achieved by Spring-Like Structure of Sub-1 nm Nanowires”为题，发表在《Advanced Functional Materials》上，第一作者Simin Zhang。