近期， 东华大学王华平教授团队 以细菌纤维素(BC)为水敏感基体，碳纳米管(CNTs)为活性传感材料，通过溶液纺丝和卷绕工艺制备了一种无衬底的、自拉伸的细菌纤维素/碳纳米管(CNTs)螺旋复合纤维基液体传感器。BC/CNT(BCT)纤维传感器展现 出超过1000%的高拉伸率，在1s内电流变化率可以达到104%的快速响应，并且传感性能几乎不受洗涤、各种拉伸或打结变形的影响。与商超传统纸尿裤或量尺结合，还可以获得智能纸尿裤或水位探测器，可以快速响应，通过报警装置或手机可实时检测和监控智能纸尿裤或水位的状态。总之，自拉伸BCT复合螺旋纤维的可拉伸性和连续制备性，将为日常生活中应用的可穿戴式传感器(如智能尿布、水位检测等)的开发提供了广阔的平台。该工作以“Self-Stretchable Fiber Liquid Sensors Made with Bacterial Cellulose/Carbon Nanotubes for Smart Diapers”为题发表在《ACS Appl. Mater. Interfaces 》上。文章第一作者是东华大学材料科学与工程学院2020级博士研究生梁欠倩 。该研究得到国家自然科学基金委和东华大学创新基金的支持。
图1 基于干湿 法 纺丝技术的BCT 复合 螺旋纤维的制 备流程图 。
图2 传感器的水感应性能。（a）水传感器测量装置示意图。（b）BCT5-1.2传感器在1.5s循环速度下的循环电流变化率曲线。插图显示了循环电流变化曲线的局部放大细节。（c）响应时间的确定定义为浸入水中达到最大电流变化率所需的时间。BCT5-1.2传感器在100%（d）、500%（e）、1000%拉伸（f）、180°弯曲（g）、打结（h）、60分钟洗涤（i）不同变形下的循环电流变化率曲线。插图显示了传感器在水中相应变形下的I–V曲线，以及不同变形前后的相应照片。
图3 （a）传感器在人工尿液中的循环传感性能（插图显示了循环电流变化率曲线的局部放大细节）。（b）传感器在尿布不同位置的电流变化。（c）传感器位于尿布外侧时，电流随时间变化，插图显示了电流变化曲线的局部放大细节。（d）尿布分层结构示意图。（e）用于连接LED的电路连接示意图。（f）智能尿布佩戴在婴儿身上在无尿状态时LED没有工作。（g）婴儿身上佩戴的智能尿布，在产生尿液时LED工作。（h）无线蓝牙模块。（i）穿着智能尿布的婴儿。（j）与手机相连的电路连接示意图（ADC是模数转换器）。（k）没有尿液 时 的手机显示界面。（l）有尿液时的手机显示界面。
该工作是团队近期关于以细菌纤维素为基体的纺丝组装的相关研究的最新进展之一。对于细菌纤维素的纺丝，团队进行了将细菌纤维素进行TEMPO氧化处理，然后进行纳米纤维纺丝，对纺丝条件进行了详细的研究（ACS Appl. Mater. Interfaces 2017, 9, 24, 20330–20339；）。同时采用碱溶解的方法制备了基于细菌纤维素的水凝胶（Nanoscale , 2019, 11, 15347；J. Mater. Chem. A , 2021, 9, 12574；Desalination 500 (2021) 114899等）。对于细菌纤维素基智能纤维的研究是该团队一直的研究方向，将其用于传感器，超级电容器等（ACS Nano 2020, 14, 11, 15428–15439；Chemical Engineering Journal 368 (2019) 1022–1032；Electrochimica Acta 283 (2018) 1578e1588；Chemical Engineering Journal 391 (2020) 123527等）。基于之前的研究，他们发现细菌纤维素的部分溶解性使其具有自增强的独特性能，为此团队对其系统探索了溶解条件和纺丝条件对纤维性能的影响，以及其应用的探究。过去两年中，首先制备了高强度的细菌纤维素纤维以及具有螺旋结构的细菌纤维素纤维（ACS Appl. Mater. Interfaces 2021, 13, 1545−1554），而且探索了其与碳纳米管等活性材料复合纺丝用于超级电容器的研究（Chemical Engineering Journal 427 (2022) 131904），接下来团队将对细菌纤维素智能化的开发和研究进行进一步的深入探索。
原文链接：
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsami.2c00960
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陈仕艳教授简介：
东华大学材料学院研究员。致力于细菌纤维素形成机理、多重结构调控、原位制备及功能材料研究。获得2014纺织工业联合会科技进步一等奖（4/12），2014纺织工业联合会科技进步二等奖一项（1/10）, 2015年上海科学技术发明一等奖（3/12）, 2015年桑麻纺织科技一等奖。2018年上海市教育系统巾帼建功标兵。第十五届上海市妇女代表大会代表。
王华平教授简介 ：
东华大学研究员，博士生导师，高性能纤维及制品教育部重点实验室主任、产业用纺织品教育部工程研究中心副主任。长期致力于纤维科学和工程研究，在聚酯纤维材料改性、加工及其资源综合利用基础理论、关键技术和应用研究方面取得了系列创新性成果，发表SCI论文100余篇；授权发明专利108项。获国家科技进步二等奖5项，省部级科技成果奖23项；获中国纺织学术大奖、全国优秀科技工作者、改革开放40年纺织行业突出贡献人物、何梁何利基金科学与技术创新奖、百千万人才工程国家级人选、全国创新争先奖、中国纺织工业联合会特别贡献奖（桑麻学者）等荣誉称号、享受国务院特殊津贴。参与制订“中国化纤工业十二五及十三五规划”、创建中国化纤流行趋势研究与发布平台、建设国家先进功能纤维制造业创新中心、编撰《中国大百科全书》纤维分卷，推动行业绿色制造，智能制造及标准体系建设。
课题组介绍
东华大学化纤工程研究中心团队，起源于涤纶高速纺丝课题组，至今已有近40年的历史，是纤维成形理论研究与工程技术开发的专业团队。团队秉承科教融合的教育理念，坚持做有价值的研究，致力于纤维材料的创新研究与技术开发，在纤维新材料设计、纺丝成形理论与技术、功能纤维和高性能纤维、纤维绿色制造与智能制造等方面形成了多个有特色的研究方向，并拓展至复合材料、纳米材料、新能源材料等相关领域。
承担国家“六五”、“七五”、“八五”攻关项目，“十一五”、“十二五”科技支撑项目，“十三五”、“ 十四五”国家重点研发项目，国家自然基金项目，省市部重点基础项目，以及企业技术开发项目多项；获得国家科技进步二等奖5项 ，省市部科技奖多项；基础研究成果发表在行业有影响力的杂志上，技术开发成果获得多项国内外授权专利并部分实现转化。
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