大家好，今天我们来了解一项关于纳米纤维膜的研究——《Diphylleia Grayi-Inspired Intelligent Temperature-Responsive Transparent Nanofiber Membranes》《Nano-Micro Letters》。在现代科技的发展中，透明材料的需求日益增长，传统材料已无法满足某些特殊需求。而纳米纤维膜因其独特的性质成为关注焦点。本文介绍了一种受Diphylleia Grayi启发的智能温度响应透明纳米纤维膜，它的制备方法独特，性能优异，有望在多个领域得到应用。接下来，让我们深入了解这种纳米纤维膜的具体情况。
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一、引言
随着各行业对光学透明材料需求的迅速增长，传统的玻璃和陶瓷因其刚性和缺乏机械韧性，无法满足实际应用中对柔性变形的需求。因此，发展柔性、透明材料成为现代工业的迫切需求，其应用范围广泛，包括透明窗户、柔性显示器、伤口敷料、空气过滤等。然而，目前的柔性透明材料存在机械性能弱、透气性低和成本高等问题，因此开发具有柔性和透气性的透明材料仍是一个巨大挑战。
电纺纳米纤维膜（NFMs）因其独特性质成为透明材料的候选，但由于其孔隙率、厚度、纤维直径和界面折射率等因素，导致光的反射和散射严重，光透射率极低。为解决这一问题，研究人员致力于通过优化电纺技术、开发新材料和改进表面处理来提高NFMs的光传输性能。
二、设计和构建TRT-NFMs
灵感来源
：Diphylleiagrayi在自然状态下为白色，在雨天时能从opaque状态转变为透明状态。受此启发，研究人员通过在聚氨酯（PU）纳米纤维表面涂覆相变材料二十烷（eicosane），来模拟Diphylleiagrayi细胞结构，从而操纵光在膜中的传播方向。
制备过程
：首先通过电纺方法制备出不透明的PU纳米纤维膜，然后利用电喷雾技术将二十烷均匀涂覆在PU纳米纤维上，得到温度响应透明纳米纤维膜（TRT-NFMs）（图1c）。
性能特点
：当温度升至37
°C
时，二十烷从固体转变为液体，均匀地涂覆在PU纳米纤维表面，使两种材料产生几乎相同的折射率，减少了光在纳米纤维-空气界面的散射，从而使PUTRT纳米纤维迅速从opaque状态转变为透明状态，透射率转换比高达25:1。将TRT纳米纤维膜放置在38
°C
的烧杯表面，展示出了出色的透明响应和发色色度。
三、形态和机械性能分析
SEM图像分析
：与纯PUNFMs相比，添加二十烷后纳米纤维的粘附性大大提高。PU-C20-3中二十烷含量最高，在相变前后仍保持NFMs的原始多孔性。
纯PU纳米纤维的平均直径为340nm，占样品的75％，随着二十烷浓度的增加，纳米纤维的平均直径和分散度增加，PU-C20-3中纳米纤维的平均直径最大，为470nm，这进一步验证了二十烷成功涂覆在PU纳米纤维表面。
对孔隙率和透气性的影响
：随着二十烷含量的增加，NFMs的孔径、孔隙率和透气性显著降低。与纯PUNFMs的平均孔径5.5
μ
m相比，电喷雾后的NFMs平均孔径减小了1-1.9
μ
m。
机械性能
：纯PUNFMs的拉伸应力为1.33MPa，应变591％，杨氏模量为0.6MPa，韧性为4.8MJm
-3
。加入二十烷后，NFMs的拉伸应力和应变显著增加，应力增加超过200％，应变增加超过100％，杨氏模量和韧性也显著改善。这是由于二十烷中的长烷基链对含环氧的PU有增韧作用，且二十烷在PU纳米纤维之间的物理交联对应力、应变和模量的协同改善有重要影响。
四、热性能和熔融-结晶行为
热重分析
：二十烷在170-320
°C
之间有一个失重过程，纯PU在约200
°C
开始失重，在500
°C
完全失重。二十烷有两个结晶峰（21-33
°C
）和一个熔融峰（约38
°C
），加入二十烷后，复合样品的分解温度和速率相对不变，主要是因为二十烷含量低。
DSC分析
：加入二十烷后，出现新的熔融结晶峰，表明其对TRT-NFMs的热特性有显著影响，但PU可能会影响二十烷的结晶能力，随着二十烷含量减少，其熔融和结晶焓稳步下降。
FTIR分析
：PU-C20-1、PU-C20-2和PU-C20-3的红外光谱中出现了PU和二十烷的特征峰，且峰强度不同，表明二十烷成功引入到PU纳米纤维膜中，两者有较强的界面相互作用。
XRD分析
：二十烷在19.56°、19.91°、23.25°、24.84°和25.55°处有五个衍射峰，分别对应其β晶体的（010）、（011）、（105）、（-101）和（110）晶面，在10.58°、13.91°、39.81°和44.56°处的衍射峰对应α晶体的（003）、（004）、（0-22）和（207）晶面。PU-C20-1、PU-C20-2和PU-C20-3中含有二十烷的衍射峰，且二十烷的特征峰不受影响，但加入不同量的二十烷会导致结晶度逐渐降低，可能影响NFMs的透射率。
POM分析
：二十烷晶体在加热到37
°C
时快速熔化，在冷却到36
°C
时迅速结晶，局部快速结晶导致在拉伸应力下产生晶间裂纹，裂纹随温度降低而扩展并相互碰撞。二十烷结晶行为对温度高度敏感，半结晶聚合物中的晶粒可能会阻碍光通过，而无定形聚合物能提供无损光传输，表现出优异的透射率。从微观图像可以看出，随着温度升高，二十烷相变导致的结晶变化会使大量光传输，从而实现高透射率。
五、光学性能
动态行为
：所有样品在30
°C
时透射率最低、雾度最高、吸光度最高，随着温度从30
°C
升高到50
°C
，光透射率增加，转换率达到25:1，雾度和吸光度降低。在约38
°C
