一种用气流辅助静电纺丝法研发的能阻燃会报警的电子皮肤

随着科学技术的发展，智能纺织品越来越受到人们的关注。电子皮肤作为智能纺织品的组成部分之一，也成为众多研究者的研究热点。纳米纤维材料因具有结构设计性强、超薄灵活、透气性好等特点，在电子皮肤领域表现出良好的应用前景。作为制备纳米纤维材料常用的方法之一，静电纺丝法虽然简单易操作，但也存在着产量过低以及材料环保性能差等问题。

气流辅助静电纺丝与一般静电纺丝方法不同的是，该方法受溶液导电性影响较小，可实现高盐离子含量聚合物的纺丝，且对纤维聚集体的结构具有较好的操控性，其纺丝效率通常可达到普通静电纺丝的5~10倍。

基于此，上海科技大学凌盛杰教授和塔夫茨大学（Tufts University）大学、东北林业大学教授合作，以天然丝素蛋白与石墨烯为原材料，通过采用高效的气流辅助静电纺丝方法制备出了由丝素蛋白纳米纤维离子导体和石墨烯片共同构成的多级结构电子皮肤，该电子皮肤具有优异的阻燃效应和火情预警功能。

气流辅助式静电纺丝方法所制备的电子皮肤具有良好的力学性能和可拉伸性能，且其具有湿度响应的自黏附性能，可贴附于各种物体表面，如纤维素纸、PET板、木头等，显示出很好的黏附牢度。同时，基于研究组之前对丝蛋白基离子导体防火功能的研发工作，该纳米纤维离子导体皮肤同样具有良好的阻燃特性。

与普通的阻燃材料不同，这类电子皮肤具有良好的温湿度变化响应性。将其接入电信号测试系统，在遇明火接触时，能有效阻止火焰蔓延、迅速且稳定传递出特征信号，从而达到防护与预警同步的功能。由此开发的一套具有本地-云端-移动终端联动的火情预警系统中，材料可在接触火焰后2s内迅速触发报警机制，实现三终端同时报警的功能。此外，可将所制备的电子皮肤集成于机器人手部，在遇到火情刺激时激发机器人的自我保护机制，使其做出撤手等一系列规避危险的动作。

2020年，凌盛杰教授就以天然丝素蛋白（SF）和钙离子为原料，通过不同的合成策略，制备出一种透明、可拉伸、可自修复、高生物安全性、可阻燃且导电的离子皮肤材料SFCIS，并开发了一种在极端条件（火灾）下可以通过无线信号传递预警信息的报警系统。SFCIS制备方法简单，可大规模应用生产。

相关工作补充了近年来可穿戴设备在防火安全性研究中的欠缺，并为人工皮肤的设计提供了新的灵感。文章以“Electro-Blown Spun Silk/Graphene Nano-Ionotronic Skin for Multifunctional Fire Protection and Alarm”为题，发表在Advanced Materials上。