軟體彈性材料的柔性好，變形大，能量轉(zhuǎn)換效率高，在智能織物領(lǐng)域存在巨大的應(yīng)用需求。但是，目前具有長壽命、低成本以及生物相容性好的軟體彈性材料體系的制備仍是一項(xiàng)挑戰(zhàn)性工作。

　　在自然界中，蜘蛛絲是天然纖維中具有優(yōu)良性能的代表，可展現(xiàn)出超高的可拉伸性，甚至有些品種蜘蛛的絲可以拉伸百倍而不會斷裂，實(shí)際上這與蛛絲上黏性液滴中以各種形式“預(yù)存”的纖維密不可分。

　　此外，動物細(xì)胞也具有卓越的柔韌性，它們是通過膜折疊和微絨毛結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)的，例如巨噬細(xì)胞能夠?qū)⑵浔砻娣e擴(kuò)大5倍以吞噬大的微生物或細(xì)胞殘片，這其實(shí)也與細(xì)胞以膜折疊和微絨毛形式“預(yù)存”的膜直接相關(guān)。

　　上述自然界中存在的高彈性體系為科學(xué)家設(shè)計高性能的可拉伸軟體材料提供了重要的啟發(fā)。法國國家科學(xué)研究院(CNRS)的Arnaud Antkowiak等研究者模擬細(xì)胞的褶皺和絨毛應(yīng)變緩沖結(jié)構(gòu)，以聚偏氟乙烯-CO-六氟丙烯(PVDF-HFP)為材質(zhì)，通過在納米纖維膜內(nèi)灌注潤濕液體驅(qū)動構(gòu)筑了具有可逆形變的超柔韌材料。

　　染色過后的薄膜褶皺結(jié)構(gòu)

　　研究團(tuán)隊(duì)首先采用靜電紡絲技術(shù)制備了PVDF-HFP非織造布膜。在未進(jìn)行進(jìn)一步的處理前，該納米纖維膜的最大耐受形變只有30%。為模擬表面張力驅(qū)動下皮層肌動蛋白層的拉伸作用，研究人員進(jìn)一步在纖維膜內(nèi)灌注潤濕液體(硅油)，所產(chǎn)生的毛細(xì)作用力將其額外的膜組分儲存于褶皺和溝紋構(gòu)成脈絡(luò)網(wǎng)路中，從而賦予了該P(yáng)VDF-HFP膜材料超高可拉伸性。

　　膜材料的可拉伸性能展示

　　進(jìn)一步將PVDF-HFP膜材料制備成平面狀、柱狀和球形，研究測試表明，不同形態(tài)的膜材料在液體毛細(xì)作用驅(qū)動下展現(xiàn)出相似的褶皺行為，但是存在細(xì)微的受力行為和形變尺度差異。其中球形膜材料在高達(dá)10萬次的10倍體積膨脹/收縮循環(huán)測試中展現(xiàn)出良好的穩(wěn)定性。

　　不同形態(tài)柔性膜材料構(gòu)筑及毛細(xì)力驅(qū)動受力分析

　　該理論研究成果有助于人們從微結(jié)構(gòu)形變角度理解軟體彈性材料的應(yīng)力屈曲行為，為超柔韌性材料的設(shè)計和構(gòu)筑提供參考策略，對新一代柔性智能紡織品的開發(fā)具有重要指導(dǎo)意義。