未来百年的科技发展，将聚焦于基础材料、能源动力、信息科技、生命科学、星际探索领域，从“万物互联、智能无处不在”，“虚实相生、人机和谐共处”，发展至“人类永生、进军未知世界”，各领域的科技将共同支撑人类走向未来世界。
纤维领域与新兴科技交叉与融合，已在全球形成前所未有的多维发展空间，呈现绿色、多元、极限、智能、融合、服务等新的发展趋势。十四五时期，我国纤维新材料行业进入新阶段、新理念、新格局的高质量发展期，围绕重点领域的需求，发展航空航天材料、高端装备材料、新一代电子信息材料、生物医用材料、新能源材料等，关注5G、柔性显示等新兴方向的材料需求，促进开发与应用联系更紧密。
今年不久前，在先进纤维新材料科技创新高质量论坛、2024年吴江国际精英创新创业洽谈会吴江高新区（盛泽镇）分会场——“纤聚盛泽 共纺未来”先进纤维新材料产业创新创业发展推进会上，国家先进功能纤维创新中心发布了“2024纤维领域十大新兴技术”。
聚酰胺纤维高效柔性化技术
纤维领域与新兴科技交叉与融合，已在全球形成前所未有的多维发展空间，呈现绿色、多元、极限、智能、融合、服务等新的发展趋势。十四五时期，我国纤维新材料行业进入新阶段、新理念、新格局的高质量发展期，围绕重点领域的需求，发展航空航天材料、高端装备材料、新一代电子信息材料、生物医用材料、新能源材料等，关注5G、柔性显示等新兴方向的材料需求，促进开发与应用联系更紧密。
今年不久前，在先进纤维新材料科技创新高质量论坛、2024年吴江国际精英创新创业洽谈会吴江高新区（盛泽镇）分会场——“纤聚盛泽 共纺未来”先进纤维新材料产业创新创业发展推进会上，国家先进功能纤维创新中心发布了“2024纤维领域十大新兴技术”。
Efficient Flexibility Technology of Polyamide Fibers
一、 ![]()
聚酰胺纤维高效柔性化技术，聚酰胺纤维集成技术与应用示范。
——NAFFIC
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聚酰胺是合成纤维的第二大品种，具有优异的加工和服用性能，广泛应用于高档服装、家纺以及产业用等领域。国内外缺乏大规模、柔性化融合相关的技术研究和工程应用，我国虽具有大规模生产聚酰胺纤维的装备和能力，但是实现高效柔性化的生产仍有大量尚待解决的理论和技术难题。
国家先进功能纤维创新中心研究了聚酰胺6微量改性及低温开环、高效液相增粘技术，抑制了聚合过程中低聚物的形成，显著降低了己内酰胺单体与低聚物含量；开发了聚酰胺6低聚物端基修饰活化共聚技术，实现了改性组分的高比例共聚并抑制了低聚物的产生，制备出纤维级共聚型弹性聚酰胺6、阻燃聚酰胺6及阳离子可染聚酰胺6等聚合物，实现了聚酰胺6纤维高效柔性化生产；建立了聚酰胺6聚合纺丝高效柔性化制各试验装备，形成了聚酰胺6低聚物控制与共聚改性一体化的技术方案。
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聚酰胺纤维高效柔性化技术，聚酰胺纤维集成技术与应用示范。
——NAFFIC
聚酰胺是合成纤维的第二大品种，具有优异的加工和服用性能，广泛应用于高档服装、家纺以及产业用等领域。国内外缺乏大规模、柔性化融合相关的技术研究和工程应用，我国虽具有大规模生产聚酰胺纤维的装备和能力，但是实现高效柔性化的生产仍有大量尚待解决的理论和技术难题。
国家先进功能纤维创新中心研究了聚酰胺6微量改性及低温开环、高效液相增粘技术，抑制了聚合过程中低聚物的形成，显著降低了己内酰胺单体与低聚物含量；开发了聚酰胺6低聚物端基修饰活化共聚技术，实现了改性组分的高比例共聚并抑制了低聚物的产生，制备出纤维级共聚型弹性聚酰胺6、阻燃聚酰胺6及阳离子可染聚酰胺6等聚合物，实现了聚酰胺6纤维高效柔性化生产；建立了聚酰胺6聚合纺丝高效柔性化制各试验装备，形成了聚酰胺6低聚物控制与共聚改性一体化的技术方案。
High Value Conversion of Textiles after Consumption
二、 ![]()
废弃纺织品高值化转化，有效地解决环境污染问题，减少能源消耗，助力实现“双碳”目标。
——NAFFIC
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我国是全球第一纺织大国，纺织纤维加工总量占全球的50%以上。随着人均纤维消费量不断增加，我国每年产生大量废旧纺织品。废旧纺织品循环利用对节约资源、减污降碳具有重要意义，是有效补充我国纺织工业原材料供应、缓解资源环境约束的重要措施，是建立健全绿色低碳循环发展经济体系的重要内容。
《关于加快推进废旧纺织品循环利用的实施意见》指出到2025年，废旧纺织品循环利用体系初步建立，循环利用能力大幅提升，废旧纺织品循环利用率达到25%，废旧纺织品再生纤维产量达到200万吨。到2030年，建成较为完善的废旧纺织品循环利用体系，高值化利用途径不断扩展，产业发展水平显著提升，废旧纺织品循环利用率达到30%，废旧纺织品再生纤维产量达到300万吨。
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美国Refiberd公司通过基于人工智能的高光谱成像进行先进的材料检测技术，在各种纤维中进行检测和分类，实现从纺织品到纺织品的循环利用。唐山三友开发出废旧棉浆粕低成本、高效率制备再生纤维素纤维技术和产品，以废旧棉浆粕为原料，针对其分子自由度不高、可及度差、反应活性低，黄化后纺丝胶不能满足生产需求的难题，研发出小半径水合钠离子浸渍活化、碱纤维素精准可控老成、棉基纤维素全流程疏解和活化、纺丝液除杂、纺丝浴自调节、纤维高度取向等技术，对各类废旧棉浆粕制备优质再生纤维素纤维具有普适性。
香港理工大学李鹂教授团队将天然大麻纤维中多糖的固有溶胀效应与管状织物的特殊编织工艺相结合，建立了一种孔隙湿度和自我调节的农业灌溉和除草一体化织物，为再生农业提供了一种具有灌溉和除草功能的新型、可持续膨胀可控复合管状织物。这种新型管状织物由天然纤维制成，无需化学涂层或整理，不仅提高水的利用率，而且符合政府对具有成本竞争力的纺织产品和环保农业技术的政策。
目前还有生物酶法、水热法等新型分离方法，该方法能与一类或两类纤维同时反应，有潜力在低能耗和环境友好的条件下实现纺织品的高效回收。
武汉纺织大学周建刚团队提出了利用废旧纺织品制备细菌纤维素的方法，废旧纺织品经预处理后，用得到的织物水解液配制培养基并接种菌株，静态发酵数日后制备细菌纤维素，证明废弃纺织品是很有潜力的生产细菌纤维素的低成本原料，为其回收利用开辟了一条绿色、高效的新途径。
中国科学院宁波材料技术与工程研究所有机储氢与催化团队提出酯交换/氢化接力的新策略，并使用自主设计的基于喹哪啶骨架的新型三齿钳形钌络合物，发展出温和的聚酯降解新方法（80℃，1 barH2），反应催化转化数（TON）最高可达1520。实现了从废弃聚酯直接出发，通过两步法高效合成重要的化工原料1,4-环己烷二甲醇（CHDM）；方法具有优异的普适性，可降解各种PET制品（如饮料瓶、漱口水瓶、隔音板、废布料等），亦可兼容其他类型的聚酯材料，具备广阔的应用潜力。
废弃纺织品高值化转化，有效地解决环境污染问题，减少能源消耗，助力实现“双碳”目标。
——NAFFIC
我国是全球第一纺织大国，纺织纤维加工总量占全球的50%以上。随着人均纤维消费量不断增加，我国每年产生大量废旧纺织品。废旧纺织品循环利用对节约资源、减污降碳具有重要意义，是有效补充我国纺织工业原材料供应、缓解资源环境约束的重要措施，是建立健全绿色低碳循环发展经济体系的重要内容。
《关于加快推进废旧纺织品循环利用的实施意见》指出到2025年，废旧纺织品循环利用体系初步建立，循环利用能力大幅提升，废旧纺织品循环利用率达到25%，废旧纺织品再生纤维产量达到200万吨。到2030年，建成较为完善的废旧纺织品循环利用体系，高值化利用途径不断扩展，产业发展水平显著提升，废旧纺织品循环利用率达到30%，废旧纺织品再生纤维产量达到300万吨。
美国Refiberd公司通过基于人工智能的高光谱成像进行先进的材料检测技术，在各种纤维中进行检测和分类，实现从纺织品到纺织品的循环利用。唐山三友开发出废旧棉浆粕低成本、高效率制备再生纤维素纤维技术和产品，以废旧棉浆粕为原料，针对其分子自由度不高、可及度差、反应活性低，黄化后纺丝胶不能满足生产需求的难题，研发出小半径水合钠离子浸渍活化、碱纤维素精准可控老成、棉基纤维素全流程疏解和活化、纺丝液除杂、纺丝浴自调节、纤维高度取向等技术，对各类废旧棉浆粕制备优质再生纤维素纤维具有普适性。
香港理工大学李鹂教授团队将天然大麻纤维中多糖的固有溶胀效应与管状织物的特殊编织工艺相结合，建立了一种孔隙湿度和自我调节的农业灌溉和除草一体化织物，为再生农业提供了一种具有灌溉和除草功能的新型、可持续膨胀可控复合管状织物。这种新型管状织物由天然纤维制成，无需化学涂层或整理，不仅提高水的利用率，而且符合政府对具有成本竞争力的纺织产品和环保农业技术的政策。
目前还有生物酶法、水热法等新型分离方法，该方法能与一类或两类纤维同时反应，有潜力在低能耗和环境友好的条件下实现纺织品的高效回收。
武汉纺织大学周建刚团队提出了利用废旧纺织品制备细菌纤维素的方法，废旧纺织品经预处理后，用得到的织物水解液配制培养基并接种菌株，静态发酵数日后制备细菌纤维素，证明废弃纺织品是很有潜力的生产细菌纤维素的低成本原料，为其回收利用开辟了一条绿色、高效的新途径。
中国科学院宁波材料技术与工程研究所有机储氢与催化团队提出酯交换/氢化接力的新策略，并使用自主设计的基于喹哪啶骨架的新型三齿钳形钌络合物，发展出温和的聚酯降解新方法（80℃，1 barH2），反应催化转化数（TON）最高可达1520。实现了从废弃聚酯直接出发，通过两步法高效合成重要的化工原料1,4-环己烷二甲醇（CHDM）；方法具有优异的普适性，可降解各种PET制品（如饮料瓶、漱口水瓶、隔音板、废布料等），亦可兼容其他类型的聚酯材料，具备广阔的应用潜力。
Carbon-Nagetive Fiber
三、 ![]()
负碳纤维技术，构建生态、低碳、循环的现代绿色石化产业体系，实现节能、减污、增效。
——NAFFIC
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国家先进功能纤维创新中心联合攻关负碳纤维制备技术路线
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聚碳酸亚丙酯（PPC）
PPC以二氧化碳为单体原料在催化剂（双金属配位PBM型等）作用下，被活化到较高程度时，与环氧丙烷发生共聚反应合成的一种完全可降解的环保型材料。新型负碳材料及改性技术是以性能优异的可降解材料——PPC（聚碳酸亚丙酯）为原料，通过熔融共混改性改善PPC加工性能差等问题，进而进行改性PPC基功能产品的开发。
负碳PET
关于聚酯纤维的三个发展阶段，分别是一滴油到一根纱，一个回收塑料瓶到一根纱，二氧化碳到一根纱的故事，迭代发展变迁，是对大自然的敬畏，也是科技的力量与进步。
经测算，每吨纱线可以捕集320kg二氧化碳。初步规划年产能为3万吨纱线，相当于捕集了近1万吨的二氧化碳。按1棵树一年的二氧化碳吸收量为10kg左右，相当于100万棵树一年的二氧化碳吸收量。
技术路线：
捕集工厂的废气CO2（二氧化碳）→CO2液化→CO2提纯
提纯CO2＋H2→绿色甲醇（用于其他领域绿色产品出口销售）
绿色甲醇＋电解液A →电解液B（用于新能源电池基础材料） ＋负碳乙二醇
负碳EG +PTA ➡ 负碳PET
负碳乙二醇（纤维原料）
碳一（C1）分子是重要碳资源（CH4、CO2）或化工平台化合物（CH3OH、HCHO、CO），由碳一分子直接碳碳偶联制备C2+化学品，如低碳烯烃、乙醇、乙二醇等，利用太阳能来驱动碳一分子的碳碳偶联过程，有望突破传统热催化反应过程在热力学或动力学方面的限制，创新反应途径。
厦门大学王野教授团队开创了光催化甲醛偶联制乙二醇的新过程，在 BiVO4光催化剂上，利用光生电子选择活化甲醛C=O键，还原甲醛C−C偶联获得乙二醇、羟基乙醛等重要C2+化学品 。实现了甲醇制乙二醇的可见光光催化反应过程，利用CdS催化剂，通过质子和电子协同转移(CPET)的过程选择活化甲醇C−H键，生成•CH2OH自由基，然后两个•CH2OH自由基C−C偶联获得乙二醇。在MoS2/CdS催化剂上，甲醇生成乙二醇的选择性可达90%，收率16%。
负碳纤维技术，构建生态、低碳、循环的现代绿色石化产业体系，实现节能、减污、增效。
——NAFFIC
国家先进功能纤维创新中心联合攻关负碳纤维制备技术路线
聚碳酸亚丙酯（PPC）
PPC以二氧化碳为单体原料在催化剂（双金属配位PBM型等）作用下，被活化到较高程度时，与环氧丙烷发生共聚反应合成的一种完全可降解的环保型材料。新型负碳材料及改性技术是以性能优异的可降解材料——PPC（聚碳酸亚丙酯）为原料，通过熔融共混改性改善PPC加工性能差等问题，进而进行改性PPC基功能产品的开发。
负碳PET
关于聚酯纤维的三个发展阶段，分别是一滴油到一根纱，一个回收塑料瓶到一根纱，二氧化碳到一根纱的故事，迭代发展变迁，是对大自然的敬畏，也是科技的力量与进步。
经测算，每吨纱线可以捕集320kg二氧化碳。初步规划年产能为3万吨纱线，相当于捕集了近1万吨的二氧化碳。按1棵树一年的二氧化碳吸收量为10kg左右，相当于100万棵树一年的二氧化碳吸收量。
技术路线：
捕集工厂的废气CO2（二氧化碳）→CO2液化→CO2提纯
提纯CO2＋H2→绿色甲醇（用于其他领域绿色产品出口销售）
绿色甲醇＋电解液A →电解液B（用于新能源电池基础材料） ＋负碳乙二醇
负碳EG +PTA ➡ 负碳PET
负碳乙二醇（纤维原料）
碳一（C1）分子是重要碳资源（CH4、CO2）或化工平台化合物（CH3OH、HCHO、CO），由碳一分子直接碳碳偶联制备C2+化学品，如低碳烯烃、乙醇、乙二醇等，利用太阳能来驱动碳一分子的碳碳偶联过程，有望突破传统热催化反应过程在热力学或动力学方面的限制，创新反应途径。
厦门大学王野教授团队开创了光催化甲醛偶联制乙二醇的新过程，在 BiVO4光催化剂上，利用光生电子选择活化甲醛C=O键，还原甲醛C−C偶联获得乙二醇、羟基乙醛等重要C2+化学品 。实现了甲醇制乙二醇的可见光光催化反应过程，利用CdS催化剂，通过质子和电子协同转移(CPET)的过程选择活化甲醇C−H键，生成•CH2OH自由基，然后两个•CH2OH自由基C−C偶联获得乙二醇。在MoS2/CdS催化剂上，甲醇生成乙二醇的选择性可达90%，收率16%。
Biobased Biodegradable Polyesters
四、 ![]()
生物基可降解聚酯，引领绿色革新，开创可持续新时代。
——NAFFIC
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基于“双碳”背景，锚定绿色生物制造的目标，生物基可降解材料得益于优秀的碳减排能力，成为替代和补充石化基材料的最佳选择。在“可持续发展”这一理念对全人类社会都愈加重要的时代背景下，着力研究生物可降解材料以及推动生物可降解合成纤维的研究和应用是促进纤维材料绿色转型的有效途径之一。
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https://doi.org/10.1038/s41557-022-00974-5
（1）作为以玉米、木薯等可再生的植物资源为原料的纤维产品，聚乳酸（PLA）纤维整条产业链与石油系工艺零关联，天然带有“绿色基因”。聚乳酸生产过程采用现代生物发酵技术，再经过聚合而成，具有可靠的生物安全性、环境友好性。作为目前产业化较好的生物可降解合成纤维，其原料来源丰富、生产技术相对成熟，且具有良好的力学性能及易于加工成型等优点，在生物医用高分子、纺织行业、农用地膜和包装等行业应用前景广阔。安徽同光邦飞开发原液着色纤维，解决聚乳酸纤维在染整过程中存在色牢度不牢的问题，针对聚乳酸纤维存放过程中强度降低问题，开发出抗水解、热降解母粒，已解决纤维因存放时间长强度衰减问题，积极开发差别化纤维。
（2）聚羟基脂肪酸酯（PHA）具有良好的生物可降解性、生物相容性和复合性，在医用纺织品领域的应用前景广阔。
（3）聚对苯二甲酸-己二酸丁二醇酯（PBAT）作为一种新兴的生物可降解聚酯材料，具有较好的可降解性、延展性、韧性和断裂伸长率等，是应用较多的生物降解材料之一。
（4）生物基丙二醇和生物基丁二酸是生物基原料中十分重要的两个组成。结合生物基原料开发一款可降解弹性纤维，既可满足国家双碳战略的发展要求，又可以拓展生物基原料在降解材料领域的应用，在一定程度上填补目前市场上可降解弹性纤维材料的空白，为公司创造一定的经济收益。
创新中心一直关注可降解材料领域前沿动态，提前布局生物基可降解材料的开发，依托盛虹集团自主生产的生物基丙二醇和生物基丁二酸的优势，设计合成了聚对苯二甲酸-丁二酸-丙二醇酯，并对其各项性能进行了研究和分析，初步评估其产业化有一定的可行性。
从复杂的含油海水中同时去除油和离子以生产淡水，对于目前的研究是一个重大挑战，需要开发更有效和可持续的替代方案。江南大学Yuming Liu等人（Chem. Eng. J. 2022, 433, 2-133510）通过调整二醛类微晶纤维素和氨基改性多壁碳纳米管的组分，成功制备出一种能够实现太阳能海水淡化和乳液高效过滤分离的双功能复合薄膜。值得注意的是，该水下超疏油膜和油下超疏水膜实现了水包油和油包水乳液的按需高效分离。在这种双隔膜的帮助下，实现了对含油海水的综合净化，从而获得了符合饮用水标准的清洁水资源。
生物基可降解聚酯，引领绿色革新，开创可持续新时代。
——NAFFIC
基于“双碳”背景，锚定绿色生物制造的目标，生物基可降解材料得益于优秀的碳减排能力，成为替代和补充石化基材料的最佳选择。在“可持续发展”这一理念对全人类社会都愈加重要的时代背景下，着力研究生物可降解材料以及推动生物可降解合成纤维的研究和应用是促进纤维材料绿色转型的有效途径之一。
https://doi.org/10.1038/s41557-022-00974-5
（1）作为以玉米、木薯等可再生的植物资源为原料的纤维产品，聚乳酸（PLA）纤维整条产业链与石油系工艺零关联，天然带有“绿色基因”。聚乳酸生产过程采用现代生物发酵技术，再经过聚合而成，具有可靠的生物安全性、环境友好性。作为目前产业化较好的生物可降解合成纤维，其原料来源丰富、生产技术相对成熟，且具有良好的力学性能及易于加工成型等优点，在生物医用高分子、纺织行业、农用地膜和包装等行业应用前景广阔。安徽同光邦飞开发原液着色纤维，解决聚乳酸纤维在染整过程中存在色牢度不牢的问题，针对聚乳酸纤维存放过程中强度降低问题，开发出抗水解、热降解母粒，已解决纤维因存放时间长强度衰减问题，积极开发差别化纤维。
（2）聚羟基脂肪酸酯（PHA）具有良好的生物可降解性、生物相容性和复合性，在医用纺织品领域的应用前景广阔。
（3）聚对苯二甲酸-己二酸丁二醇酯（PBAT）作为一种新兴的生物可降解聚酯材料，具有较好的可降解性、延展性、韧性和断裂伸长率等，是应用较多的生物降解材料之一。
（4）生物基丙二醇和生物基丁二酸是生物基原料中十分重要的两个组成。结合生物基原料开发一款可降解弹性纤维，既可满足国家双碳战略的发展要求，又可以拓展生物基原料在降解材料领域的应用，在一定程度上填补目前市场上可降解弹性纤维材料的空白，为公司创造一定的经济收益。
创新中心一直关注可降解材料领域前沿动态，提前布局生物基可降解材料的开发，依托盛虹集团自主生产的生物基丙二醇和生物基丁二酸的优势，设计合成了聚对苯二甲酸-丁二酸-丙二醇酯，并对其各项性能进行了研究和分析，初步评估其产业化有一定的可行性。
从复杂的含油海水中同时去除油和离子以生产淡水，对于目前的研究是一个重大挑战，需要开发更有效和可持续的替代方案。江南大学Yuming Liu等人（Chem. Eng. J. 2022, 433, 2-133510）通过调整二醛类微晶纤维素和氨基改性多壁碳纳米管的组分，成功制备出一种能够实现太阳能海水淡化和乳液高效过滤分离的双功能复合薄膜。值得注意的是，该水下超疏油膜和油下超疏水膜实现了水包油和油包水乳液的按需高效分离。在这种双隔膜的帮助下，实现了对含油海水的综合净化，从而获得了符合饮用水标准的清洁水资源。
High-Performance Bio-based Fibers
五、 ![]()
高性能生物基纤维，其不同仿生纺丝方法、纤维的力学增强策略、纤维的多元化应用，是未来的研究热点。
——NAFFIC
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在“可持续发展”这一理念对全人类社会都愈加重要的时代背景下，高性能纤维绿色转型的重要性也愈发凸显。近年来，生物相容性和生物可降解的高强度再生生物基纤维在多个领域引起了广泛关注。然而，现有的再生生物基纤维的力学性能尚不尽人意，这导致了其应用受到限制。由于强度和韧性往往相互制约，因此要实现再生生物基纤维的高强度与高韧性兼备仍然是一项巨大挑战。
为了解决资源有限的问题，目前已经开发出各式各样的策略来设计强韧的生物纤维。
DSM Dyneema宣布了基于生物的Dyneema纤维等级，并提出“根据我们对可持续未来的承诺，我们开发了第一个基于生物的超高分子量聚乙烯纤维”。
浙江大学柏浩、陈东，中国科学院刘凯研究团队（Engineering，2022，14，100-112），指出许多天然纤维具有轻质、高强、高韧的特点，其性能优势源于从分子到宏观尺度的多级结构。生产这些纤维的纺丝系统也非常高效，为研究人员利用人工纺丝制备高性能生物基纤维提供了诸多灵感。此外，其还被赋予一系列新功能，从而拓展了其在智能织物、电子传感、生物医学等领域的应用。
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浙江大学陈东教授团队（Advanced Functional Materials， doi:10.1002/adfm.202313131）以富含丝氨酸和酪氨酸等富含活性氨基酸的再生丝素蛋白为基质，通过微流控湿法纺丝技术，酪氨酸进行光交联形成双酪氨酸结构，对丝氨酸进行锌离子配位交联，最终在再生丝素蛋白纤维内部形成双交联网络结构，展现出又强又韧的力学性能。经过相关优化和后拉伸处理后，双重交联纤维还展现出了良好的温度适应性，抗疲劳性、生物相容性和生物降解性，是作为手术缝合线的理想选择。
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中国科学家用转基因蚕合成的蜘蛛丝覆盖了类似天然蜘蛛丝表面的保护层，且比防弹背心中使用的凯夫拉（芳纶）纤维坚韧6倍。这是人们首次用蚕成功生产全长蜘蛛丝蛋白，研究展示了可用来制造商业合成纤维环保替代品的新技术。
安徽利科新材料科技有限公司，使用生物基聚酰胺材料制备锂电池隔膜，具有优异粘结性能，高力学性能和耐热性能，分子结构可调，薄膜刚性柔性可控，浸润性好，孔隙均匀，离子电导率高，锂电池隔膜与极片粘结强度大于4N/M。采用生物基芳纶，来规避采用石油基芳纶的专利壁垒。
高性能生物基纤维，其不同仿生纺丝方法、纤维的力学增强策略、纤维的多元化应用，是未来的研究热点。
——NAFFIC
在“可持续发展”这一理念对全人类社会都愈加重要的时代背景下，高性能纤维绿色转型的重要性也愈发凸显。近年来，生物相容性和生物可降解的高强度再生生物基纤维在多个领域引起了广泛关注。然而，现有的再生生物基纤维的力学性能尚不尽人意，这导致了其应用受到限制。由于强度和韧性往往相互制约，因此要实现再生生物基纤维的高强度与高韧性兼备仍然是一项巨大挑战。
为了解决资源有限的问题，目前已经开发出各式各样的策略来设计强韧的生物纤维。
DSM Dyneema宣布了基于生物的Dyneema纤维等级，并提出“根据我们对可持续未来的承诺，我们开发了第一个基于生物的超高分子量聚乙烯纤维”。
浙江大学柏浩、陈东，中国科学院刘凯研究团队（Engineering，2022，14，100-112），指出许多天然纤维具有轻质、高强、高韧的特点，其性能优势源于从分子到宏观尺度的多级结构。生产这些纤维的纺丝系统也非常高效，为研究人员利用人工纺丝制备高性能生物基纤维提供了诸多灵感。此外，其还被赋予一系列新功能，从而拓展了其在智能织物、电子传感、生物医学等领域的应用。
浙江大学陈东教授团队（Advanced Functional Materials， doi:10.1002/adfm.202313131）以富含丝氨酸和酪氨酸等富含活性氨基酸的再生丝素蛋白为基质，通过微流控湿法纺丝技术，酪氨酸进行光交联形成双酪氨酸结构，对丝氨酸进行锌离子配位交联，最终在再生丝素蛋白纤维内部形成双交联网络结构，展现出又强又韧的力学性能。经过相关优化和后拉伸处理后，双重交联纤维还展现出了良好的温度适应性，抗疲劳性、生物相容性和生物降解性，是作为手术缝合线的理想选择。
中国科学家用转基因蚕合成的蜘蛛丝覆盖了类似天然蜘蛛丝表面的保护层，且比防弹背心中使用的凯夫拉（芳纶）纤维坚韧6倍。这是人们首次用蚕成功生产全长蜘蛛丝蛋白，研究展示了可用来制造商业合成纤维环保替代品的新技术。
安徽利科新材料科技有限公司，使用生物基聚酰胺材料制备锂电池隔膜，具有优异粘结性能，高力学性能和耐热性能，分子结构可调，薄膜刚性柔性可控，浸润性好，孔隙均匀，离子电导率高，锂电池隔膜与极片粘结强度大于4N/M。采用生物基芳纶，来规避采用石油基芳纶的专利壁垒。
先进能源纤维材料 Advanced Energy Fiber Materials
Advanced Energy Fiber Materials
六、 ![]()
先进能源纤维材料，基于材料、信息、能源等学科领域的技术突破与交叉融合的新型材料。
——NAFFIC
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Adv. Fiber Mater., 2021.
纤维基自供能器件
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可穿戴电子设备的快速发展给人们的生活带来了巨大的便利，并逐渐渗透到健康监测、医疗救助、智能体育、物体跟踪、智慧家居等各个重要领域。然而，适合这些可穿戴电子产品的能量供给系统仍然是一个亟需解决的问题。
韩国成均馆大学研究团队通过电纺丝和电镀技术，成功制备了含有嵌入BaTiO3的P(VDF-TrFE)纳米纤维的压电纳米纤维垫和金属电镀微纤维电极，开发了一种全新的全纳米纤维基压电纳米发电机，该设备不仅具有高透明度和柔韧性，还能够有效收集和监测人体运动产生的能量。
纤维和纺织摩擦电纳米发电机(f/t-TENG)能够有效将生物机械能转化为电能/电信号，既可以为可穿戴电子产品提供移动可持续的电能，又可以直接作为一种传感解决方案。中国科学院北京纳米能源与系统研究所王中林院士和翟俊宜研究员团队，阐述了关于功能纤维和织物基摩擦纳米发电机在人体机械能收集和自驱动传感方面取得的最新进展。
电池隔膜材料
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锂硫电池是一种极具吸引力的高能量密度电池，可应用于柔性和可穿戴的电子产品。但困难的是如何同时实现其灵活性、稳定性和保持高的能量密度。最近的研究表明，纤维材料由于其柔韧性良好、重量轻、表面积大和成本低等优势，有望用于制作高能量密度的柔性电池。纤维材料具有良好的结构和功能可调性，可适用于构建工作电池的各种组件。
香港理工大学郑子剑团队重点研究了纤维材料的合成和制备、结构和功能的设计以及电池单元的布局，以提高充电效率、循环寿命和灵活性。
绿氢生产已成为当前的研究重点，绿氢主要通过在电解槽中通过电解水制得，电解槽主要由极板，电解液，和隔膜构成。隔膜决定了电解制氢生产过程中的能耗，氢气纯度等关键参数，是绿氢生产中必不可缺的重要部件，但该部件长期被日本东丽，欧洲爱克发等企业垄断等问题。碱性电解制氢隔膜的核心原材料就是聚苯硫醚，通过将聚苯硫醚制备成具有对应性能的织物隔膜或将聚苯硫醚织物与其他材料复合，达到隔绝气体，提供离子通道的目的。
创新中心通过对聚苯硫醚（PPS）聚合、纺丝、表面改性、织造结构设计优化等进行研发和试验，使之达到PPS水电解隔膜新产品前端面料的基础要求。组织试验材料、场地、设备和检测仪器，开展PPS面料表面处理工作，达到气密性、面电阻等技术指标要求。通过聚苯硫醚网纱基底的结构设计和表面涂膜材料的配比，制备出新一代高性能隔膜材料。
光伏用纤维增强复合材料
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纤维增强复合材料主要由高性能纤维（如碳纤维、玻璃纤维或芳纶纤维）和基体材料（通常是热固性或热塑性树脂）组成。
随着光伏行业的发展，光伏组件结构轻量化、应用环境极端化成为发展趋势，复合材料中的高性能纤维增强复合材料正是光伏组件结构轻量化的首选材料，也是极端环境中使用的不可或缺材料。光伏用玻璃纤维增强复合材料制品列入工业和信息化部发布的《重点新材料首批次应用示范指导目录（2024年版）》，说明了纤维增强复合材料在光伏领域有无限的发展前景和可能。
先进能源纤维材料，基于材料、信息、能源等学科领域的技术突破与交叉融合的新型材料。
——NAFFIC
Adv. Fiber Mater., 2021.
纤维基自供能器件
可穿戴电子设备的快速发展给人们的生活带来了巨大的便利，并逐渐渗透到健康监测、医疗救助、智能体育、物体跟踪、智慧家居等各个重要领域。然而，适合这些可穿戴电子产品的能量供给系统仍然是一个亟需解决的问题。
韩国成均馆大学研究团队通过电纺丝和电镀技术，成功制备了含有嵌入BaTiO3的P(VDF-TrFE)纳米纤维的压电纳米纤维垫和金属电镀微纤维电极，开发了一种全新的全纳米纤维基压电纳米发电机，该设备不仅具有高透明度和柔韧性，还能够有效收集和监测人体运动产生的能量。
纤维和纺织摩擦电纳米发电机(f/t-TENG)能够有效将生物机械能转化为电能/电信号，既可以为可穿戴电子产品提供移动可持续的电能，又可以直接作为一种传感解决方案。中国科学院北京纳米能源与系统研究所王中林院士和翟俊宜研究员团队，阐述了关于功能纤维和织物基摩擦纳米发电机在人体机械能收集和自驱动传感方面取得的最新进展。
电池隔膜材料
锂硫电池是一种极具吸引力的高能量密度电池，可应用于柔性和可穿戴的电子产品。但困难的是如何同时实现其灵活性、稳定性和保持高的能量密度。最近的研究表明，纤维材料由于其柔韧性良好、重量轻、表面积大和成本低等优势，有望用于制作高能量密度的柔性电池。纤维材料具有良好的结构和功能可调性，可适用于构建工作电池的各种组件。
香港理工大学郑子剑团队重点研究了纤维材料的合成和制备、结构和功能的设计以及电池单元的布局，以提高充电效率、循环寿命和灵活性。
绿氢生产已成为当前的研究重点，绿氢主要通过在电解槽中通过电解水制得，电解槽主要由极板，电解液，和隔膜构成。隔膜决定了电解制氢生产过程中的能耗，氢气纯度等关键参数，是绿氢生产中必不可缺的重要部件，但该部件长期被日本东丽，欧洲爱克发等企业垄断等问题。碱性电解制氢隔膜的核心原材料就是聚苯硫醚，通过将聚苯硫醚制备成具有对应性能的织物隔膜或将聚苯硫醚织物与其他材料复合，达到隔绝气体，提供离子通道的目的。
创新中心通过对聚苯硫醚（PPS）聚合、纺丝、表面改性、织造结构设计优化等进行研发和试验，使之达到PPS水电解隔膜新产品前端面料的基础要求。组织试验材料、场地、设备和检测仪器，开展PPS面料表面处理工作，达到气密性、面电阻等技术指标要求。通过聚苯硫醚网纱基底的结构设计和表面涂膜材料的配比，制备出新一代高性能隔膜材料。
光伏用纤维增强复合材料
纤维增强复合材料主要由高性能纤维（如碳纤维、玻璃纤维或芳纶纤维）和基体材料（通常是热固性或热塑性树脂）组成。
随着光伏行业的发展，光伏组件结构轻量化、应用环境极端化成为发展趋势，复合材料中的高性能纤维增强复合材料正是光伏组件结构轻量化的首选材料，也是极端环境中使用的不可或缺材料。光伏用玻璃纤维增强复合材料制品列入工业和信息化部发布的《重点新材料首批次应用示范指导目录（2024年版）》，说明了纤维增强复合材料在光伏领域有无限的发展前景和可能。
Fiber-Based Flexible Sensing Materials and
Technologies
纤维基柔性感知材料与技术，是构建柔性电子器件一种新材料和先进的集成策略。
——NAFFIC
生命健康一直以来都是人类最为关注的科学问题。实时监测人体各种生理指标对生命健康起着重要的作用。新兴的柔性电子技术的出现正在渗透到人类日常生活的各个领域，包括柔性触觉传感系统、人工电子皮肤、智能纺织品、可穿戴健康监测、可植入装置等，它正在引领我们构建和使用电子产品的时尚。
柔性纤维 柔性电子器件
半导体纤维——随着量子物理学和电子能带结构理论的发展，晶体管等半导体器件和集成电路的出现推动社会进入了信息化时代。为满足复合材料的发展和人们智能化生活的需求，科学家们已经开发出各式各样的功能纤维。顾名思义，功能纤维就是指在纤维现有的性能之外，还具有某些特殊功能，如导电纤维、光导纤维等。将功能纤维与纺织品结合，并赋予衣物新功能，一直是科学家们关注的热点。半导体二极管是现代计算、通信和传感技术的基本组成部分。将它们整合到纺织品级的纤维中，可以提高织物的“聪明度”。
目前，在可拉伸、可穿戴、生物相容性、甚至可植入的电子产品领域的巨大发展，大大拓宽了物联网(loT)的应用范围，这同时对拥有低重量、低功耗、稳定功能和低制造成本的电子设备提出了巨大挑战。此外，用于监测人类运动和医疗保健的柔性电子器件需要设备和每个组件有足够的应变能力，以及集成功能，以满足不同应用场景的要求。
华中科技大学团队研发无感化智能睡眠监测装备，将柔性感知纤维与人工智能结合，实现无感状态下对人体进行睡眠监测与远程监护。柔性纤维新材料与智能织物计算的结合赋予智能健康监测系统无感性及准确性，实现精密测量。基于多材料、高灵敏的传感单元，通过高分辨率、高灵敏度、稳定无扰化的生理信号采集系统采集信息，在分别构筑三种底层功能感知结构的基础上，对单一功能结构进行多功能集成研究并构建与之配套的传感电路系统及数据可视化界面，借助云-边-端协同、深度学习等人工智能领域技术，三位一体形成疾病症状可量化的智能评估体系，实现对人体三种检测体征的无感化精密测量。
中国科学技术大学团队通过传感织物结合驱动单元，开发织物型压力传感材料，开展体型体态拟合和体表压力映射，可应用于卧床护理（翻身指导、良肢位摆放、康复训练指导等）、特殊人群监测（老人、婴幼儿）、家具设计和选择（与个人体型和睡眠习惯匹配的床垫）等。
声学与纤维材料科学、电子学和信息科学的融合正在带来一代新的灵活可穿戴声学传感器，其特点是高柔性、超轻重、优异的整体性和不可察觉性。这种截然不同类型的声学感知技术包括皮肤贴片和薄膜、纳米薄膜、纳米纤维基网、精密结构纤维和纱线等。材料结构、设备配置、系统集成和制造方法方面的创新赋予了这一平台多频声音的多样应用能力，以及与传统对应物相媲美的感知精度和可靠性。通过协同利用机器学习和人工智能的力量，灵活可穿戴声学传感正成为一项变革性技术，为繁荣的物联网、增强现实、元宇宙、个性化和精准医疗赋能。
High Throughput Preparation Technology for
Nanofibers Technologies
纳米纤维高通量制备技术，实现超细纤维的超快制造，为纳米纤维的规模化生产提供了新思路和新机遇。
——NAFFIC
作为一种具有引人注目关注的纳米材料，纳米纤维由于其独特的物理化学性质和特性而广泛用于环保过滤、能源转化和储能、柔性电子等领域。然而，实现高效率、低成本连续稳定制备高质量纳米纤维材料仍是一个挑战。
兰州大学研究团队自主创新的“锥形体超高速电纺丝”和“压缩气体喷丝”两项高产率纳米纤维制备技术，实验测得两种方法制备效率均在10克/分钟以上，效率较传统静电纺丝提升500～1000倍。经改进的制备技术，制备工艺及成本更为经济、高效，将大规模生产纳米纤维变为现实。产品物理和力学性质完全达到同类产品国际水平，因此两项成本更为经济的纳米纤维规模化制备技术不仅能为企业创造可观的利润，也对提升行业的技术水平，跻身国际前沿有着重要的现实意义。
清华大学深圳国际研究生院、国家先进功能纤维创新中心等单位共同研究“气纺纳米纤维规模化制备成套技术及产业化”，在系统研究高速气流场下聚合物溶液射流成纤机理基础上，设计开发工业级的设备产线，可高效实现纳米纤维的产量，为纳米纤维的高效工业化应用，高通量制备提供了实施路径。
国家先进功能纤维创新中心联合青岛大学合作研究高效无针静电纺丝技术，通过研究自由液面纺丝射流产生机理，开发封闭式无针静电纺丝技术，自主建造了连续静电纺丝设备，解决了无针静电纺丝稳定性差、制备的纳米纤维膜均匀性差等问题。
Biomimetic Aerogel Fibers
仿生气凝胶纤维，通过“解耦”设计来解决问题，为新材料研发提供新方式。
——NAFFIC
气凝胶纤维，结合了纤维材料出色的强度、韧性以及气凝胶材料极低密度和极低热导率等优点，具有独特的3D互连多孔结构以及诸多优异的物理特性。
几十亿年的生物进化历程使得自然界生物体的某些部位巧夺天工，在长期的生命进化过程中，生物合成了种类繁多、性能各异的生物材料来适应环境，维系自身的生存与发展。仿生材料是模仿生物的各种特点或特性而研制开发的材料。
仿生+气凝胶纤维的有机结合，将为材料科学带来巨大的创新未来，在生物医用、能源、环境等领域具有巨大的应用潜力。
受树木自然蒸腾行为的启发，南京林业大学黄超伯教授团队提出了一种集成设计策略，通过单向冷冻水解聚丙烯腈（HPAN）、聚乙烯醇（PVA）和碳纳米管（CNT）混合物，然后冷冻干燥、热交联、原位聚合和表面改性制成的超疏水PPCPNA气凝胶，用于制备具有垂直排列通道、多孔结构和底部亲水层和上部疏水层的Janus结构的仿生气凝胶，可以实现高效太阳能蒸汽水净化和海水淡化。
浙江大学研究团队模仿北极熊毛的“核-壳”结构制备出一种封装了气凝胶的新型超保暖人造纤维纤维：纤维的中心是高分子气凝胶，其内部分布着直径大约为10-30微米的纤长的小孔，它们朝着同一个方向排列，像一个个存储空气的“仓库”；同时，一层TPU（热塑性聚氨酯弹性体）外壳将内部的气凝胶包裹起来。通过调控纤维内部小孔的方向与尺寸，有望“锁住”红外辐射。
Science, 2023, 382, 1379.
武汉大学和东华大学研究团队受到芦苇叶维管组织结构、蒸腾/防污功能的启发，设计了仿生分级纳米纤维气凝胶（R-NFAs）。研究显示，可折叠的维管壁和柔性二氧化硅纳米纤维赋予了该气凝胶优异的力学性能，使其能够承受重复的压缩形变。R-NFAs的光吸收效率达94.8%，且具有与芦苇叶相似的蒸发速率（一个太阳光下达1.25 kg m−2h−1）。
东华大学朱美芳院士团队设计并制备了一种“多孔砖和纤维”结构的仿贝壳纳米复合气凝胶（SCQs），通过在层状纤维素纳米纤维凝胶网络中原位生长介孔无机矿物来实现。基于跨维度、跨尺度的结构适配工作原理，该有机无机纳米复合SCQs具有优异的抗压性能，可以承受成人的压力而不变形，以及优异的绝热性能，热导率值低至17.4 mW m-1 K-1，性能甚至优于目前航天用隔热材料-多层隔热毡。
Advanced Materials, 2023, 35, 2300813.
中国科学院苏州纳米所张学同团队受民间艺术（陶艺、折纸、编织）启发，建立了一种高效的两次凝胶化(TC)策略，实现构型可编辑高强气凝胶的制备。作为概念验证，选择芳纶纳米纤维(ANFs)和聚乙烯醇(PVA)作为气凝胶的主要成分，其中PVA在第一次凝胶化过程中形成弹性的构型可编辑凝胶网络，ANFs在第二次凝胶化过程中形成构型锁定凝胶网络。TC策略保证了所制备的ANF-PVA (AP)气凝胶既具有高韧性，又具有构型编辑能力。所得特殊构型产物能够突破气凝胶的性能限制，大大拓展气凝胶的应用领域。
Meta-Materials
超材料纺织品技术，光、电、热、声、力多维度的“超级”材料。
——NAFFIC
“超材料”是指自然界不存在的、人工制造的、三维的、具有周期性结构的复合材料，如电磁超材料、力学超材料、声学超材料、热学超材料以及基于超材料与常规材料融合的新型材料，形成了新材料的重要生长点。
华中科技大学团队将光电超材料技术与批量纤维制备技术相结合，获得了均匀连续的超材料纤维。纤维强度可满足缝纫机在商用面料上进行任意文字和形状的绣花。在此基础上，进一步利用纺纱织造技术和层压技术，得到了在太阳光波段具有92.4%反射率、在中红外波段具有94.5%反射率的超材料织物。
北京化工大学团队受自然界中瀑布自然分流现象启发，提出了伞状微分喷头，并通过微流道设计，将聚合物熔体进行多次分割减薄，实现了对喷头末端聚合物熔体射流的微量均布控制，并通过熔熔体静电纺丝以环保和经济的方式生产辐射冷却薄膜。该薄膜具有出色的太阳反射率（94.2%）和红外发射率（97.2%），可实现高达8.8°C的低于环境温度的冷却。
新加坡国立大学John S. Ho教授使用超材料纺织品在人体范围内直接植入到植入的无线网络，建立了一种无线技术，可以直接将身体集成设备联网，用于精确和自适应的生物电子治疗。生物电子植入物的分布式网络可以自适应调节自主功能，提供闭环假肢感觉反馈，以及自主管理糖尿病。然而，将分布式植入设备连接到一个功能网络中，以及基于纺织品的网络方法的临床转化在成本、制造、可靠性和用户采用方面具有一定的挑战。
浙江大学研究团队提出了一种“序列微流控纺丝”策略，实现了纤维轴向异质超结构的设计，从而制备了具有轴向可编程性能的超纤维。超材料具有对称性破缺，纤维性能在轴向方向可进行编程与集成。通过将微流控芯片与程序控制的电磁阀进行联用，可以实现纤维超结构序列参数的精确调控。通过更改超结构的组成，实现了多形貌、多材料及多功能超纤维的设计与制备，极大地丰富了纤维材料的种类与功能。此外，由于结构设计的多元化，可将具有明显差异性能的纤维序列作为超结构引入到纤维轴向中，设计制备具有轴向非对称性的力学、电学、磁学及电热超结构纤维，为新型纤维材料的设计与制备提供了新思路。
上海交通大学研究团队将柔性的可编程自然纤维与稳定的石墨烯超结构相结合，实现了一种新型兼具低冲击应力与高机械吸能的超软抗冲击超材料。这类新型抗冲击超材料相比于现有超材料实现了86%的冲击强度降低、42%的冲击能量衰减率降低与135%的能量吸收效率提升。通过数据驱动的智能设计实现了新型抗冲击构件可编程的冲击力学曲线，为航空、国防等高端应用领域新型构件的定制化复杂动态机械性能提供了可能。
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