IF=31.6！浙理工陈韦教授团队Mat.Sci.Eng.R综述：2D材料范德华组装实现可规模化应用的智能纺织品研究进展

高分子科学前沿 · 公众号 · 化学 · 2024-12-31 13:05

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织物与纳米材料的融合，为现代智能纺织业带来了革命性的变革。智能纺织品是一种多功能、灵活的智能系统，可集成传感、温度控制等多种功能，保持了轻质、柔性和透气性，提升了人体舒适性，智能纺织品中集成电子设备的小型化和轻量化特性使其易于携带和使用，在医疗保健，军事，体育和娱乐等领域具有巨大的市场潜力。同时，智能纺织品面临诸多挑战，包括二维材料分布不均、易脱落、力学性能和循环稳定性不足等问题。其透气性、柔韧性和耐磨性降低，可能影响舒适度和存在生物安全风险。此外，商业化应用面临成本高和难以批量生产的难题，需要产学研共同解决。

近年来，浙江理工大学陈韦教授团队致力于在纳米材料、智能材料、柔性可穿戴应用系统等研究等领域取得了诸多进展 : 关于智能纺织品的研究进展（Mat Sci Eng R, 2025, 162, 100889. Adv. Mater., 2020, 32, 1901958. Prog. Polym. Sci., 2020, 109, 101289.）；用于电光调节和热伪装的大面积范德华石墨烯薄膜 (InfoMat，2023，e12418)；柔性钙钛矿太阳能电池（Adv. Funct. Mater., 2024, 34, 2313833. Adv. Fiber Mater.，2023, 5, 296.）；纳米材料驱动器（Nat. Commun., 2018, 9: 752. Nat. Commun.,2015, 6, 7258. Adv. Mater.，2016，28，10548. Adv. Mater., 2014, 26, 1025.）等。

近期，浙江理工大学陈韦教授团队在《Materials Science and Engineering: R: Reports》上发表了题为“Two-dimensional materials van der Waals assembly enabling scalable smart textiles”的综述文章，这项工作总结了近5年来规模化vdW智能纺织品的研究取得显著进展，涵盖了2D功能材料、组装机制、制备与集成技术，并在医疗保健、人机交互等得多个领域应用（图1）。重点分析了规模化生产的技术问题，并针对性能、稳定性等挑战和未来研究方向提出相应关注和进一步发展的关键问题，为vdW智能纺织品与互联网融合及商业应用提供了重要指导，助力实现万物互联的智慧生活。

图1 vdW智能纺织品的材料及应用示意图。

2D材料/纺织品组装和机制： vdW力是弱的分子间相互作用力，然而，在接触界面处，vdW力（每原子对>10−12N或>10 N cm⁻²）远大于常规集成中的相互作用力，这一特性有利于超薄二维材料与纺织品的紧密集成。在vdW组装过程中，考虑纺织品表面的特性对于二维材料在纺织品上的附着和稳定性。vdW智能纺织品的制备方法包括：在纺织品上形成2D材料的薄膜（图2a），在vdW力作用下2D材料和聚合物纤维之间紧密结合，使 2D材料能均匀地覆盖在异质纤维表面，可采用CVD，液相涂覆等方法获得。另一种方法是vdW组装的2D材料纤维（如图2b），依赖于二维纳米片之间丰富的vdW界面和相互作用力相互连接，可以通过湿法纺丝、静电纺丝和3D打印等技术制备出高质量且持久的2D材料纤维。同时，为防止vdW智能纺织品在使用过程中2D材料脱落问题，开发了新2D材料、结构设计、表面功能化和保护层等策略，以提升稳定性。

图2 vdW智能纺织品的vdW组装机制。（a）2D材料薄膜在纺织品结构示意图，（b）2D材料纤维结构示意图。

挑战和未来研究方向：智能纺织品以其轻量化、灵活性和多功能集成为特征，展现出未来市场的巨大需求潜力。同时，在商业化的道路上，来自技术、经济、物流壁垒甚至市场营销的挑战限制智能纺织品的发展应用，应重点关注来自技术方面：性能提升，规模化生产，成本，安全性等问题。未来的研究需融合新颖理念和先进技术，以克服现有的技术和商业难题，实现性能的飞跃，加速商业化步伐。采纳涵盖材料、制造和方法的三维创新策略（图3），包括计算材料科学、人工智能、机器学习、区块链等前沿技术，将为智能纺织品的创新发展提供坚实支撑，推动vdW智能纺织品的研发、普及和应用。总体而言，vdW智能纺织品为轻、薄、柔性集成设备的发展开辟了新路径，助力未来智慧社会的发展。

图3 vdW智能纺织品面临的挑战和未来研究方向示意图。

浙江理工大学材料科学与工程学院博士研究生杜梦宇为论文第一作者，陈韦教授为本文通讯作者，本文参与作者包括香港理工大学李子琪博士，复旦大学边历峰教授，巴黎城市大学Hyacinthe Randriamahazaka 教授。该研究成果得到了国家自然科学基金、浙江理工大学科研启动基金等项目的资助。

作者简介

陈韦教授，浙江理工大学教授，博士生导师，国家级高层次人才，世界前2%的科学家。曾任香港理工大学终身教授（QS全球排名65位），智能可穿戴系统研究院、碳战略研究中心首席研究员，中国科学院苏州纳米所i-lab国际实验室研究员，主要从事纳米改性、智能高分子、光电功能纤维、软物质动态力学、柔性可穿戴应用系统等研究，先后主持国家重点研发课题、科技部港澳台合作专项、国家自然科学基金面上、中科院国际合作重点、香港特别行政区大学教资委、香港研资局、深港澳大湾区协同创新基金等30多项。基础研究成果在Nature Communications, Advanced Materials, ACS Nano, Advanced Functional Materials, Angewandte Chemie International Edition, Materials Science and Engineering: R: Reports, Progress in Polymer Science等国外期刊发表SCI论文160余篇；共被引用16000余次，h-index =60。柔性加工、精准感知响应、动态随身监护等核心技术，已获授权国家发明专利24件。

文献详情：

Mengyu Du, Ziqi Li, Lifeng Bian, Hyacinthe Randriamahazaka, Wei Chen*, Two-dimensional materials van der Waals assembly enabling scalable smart textiles, Mat Sci Eng R 163 (2025) 100915.

DOI: https://doi.org/10.1016/j.mser.2024.100915

来源：高分子科学前沿

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