研究背景：在极寒环境中，保暖是关乎人类健康与生存的关键问题。传统天然保暖材料（如棉、羊毛、羽绒）易吸水变形，导致保暖性能下降；合成纤维（如聚酯纤维和粘胶纤维）虽具疏水性和易改性等优势，但存在纤维直径大（>15 微米）、重量大、抗菌性不足等缺陷。静电纺丝技术在制备超细纤维方面有很大优势，但其二维纤维膜结构厚度通常 < 50 微米、孔隙率 < 75%，难以储存静态空气。因此，近年来也有研究采用直接静电纺技术制备具有三维结构的超细纤维材料，但所得材料依然存在孔隙结构不可控、拉伸性能弱、可水洗性差及抗菌性被忽视等问题。因此开发不仅具有显著保暖性能，而且具有有效抗菌性能和结构稳定性的保暖材料仍然是一个挑战。

在本研究中，团队展示了一种通过直接静电纺丝法制备可水洗、抗菌聚苯乙烯（PS）/聚氨酯（PU）纤维海绵的简便方法。在静电纺丝过程中，由于PS和PU两种聚合物的相分离速率不同，形成了具有粗糙结构的超细纤维，从而使海绵具有疏水性（见图1）。实验数据表明，当PS/PU质量比为3/2时，纤维海绵的水接触角可达142°，展现出良好的疏水效果（见图2g）。

图2：a-d) 不同PS/PU质量比纤维海绵的SEM图像。e) PS/DMAc/H2O体系和PU/DMAc/H2O体系的线性化浊点曲线。f) 三元相图中PS/DMAc/H2O体系和PU/DMAc/H2O体系的浊点曲线。g) 不同PS/PU质量比纤维海绵的吸水容量。h,i) 不同PS/PU质量比纤维海绵的拉伸和压缩应力-应变曲线。j) 平均纤维直径，k) 不同PS/PU质量比纤维海绵的体积密度和孔隙率。l) 不同PS/PU质量比纤维海绵的导热系数

 

同时，刚性的PS和柔性的PU协同作用，显著提高了海绵的机械性能。在经过1000次拉伸和压缩循环后，纤维海绵几乎不变形（见图3f）。因为PU具有良好的弹性特性，其弹性网络在机械变形中通过卷曲纤维的拉伸 - 回弹机制吸收能量（见图3h）具体来看，当PS/PU质量比为3/2时，纤维海绵的拉伸强度达到47 kPa，压缩强度达到205 Pa，相较于纯PS纤维海绵，其拉伸强度和压缩强度分别提高了约15倍和近5倍（图2h、i）。这种优异的机械耐久性可以让纤维海绵在反复洗涤中保持结构完整，满足可水洗需求。

此外，通过在纺丝溶液中加入银基抗菌剂corge004，纤维海绵展现出了高的抗菌率。实验结果显示，当corge004含量达到0.75 wt%时，纤维海绵的抗菌率可高达99.99%，即使在经过10次洗涤循环后，其抗菌率仍可保持在98.9%以上。这种抗菌性能的持久性归因于银纳米粒子在纤维基质中的原位合成，这种合成方式有效防止了抗菌剂的脱落，继而维持耐用的抗菌功效。

综上所述，本研究成功设计了一种简便且可扩展的策略，利用直接静电纺丝技术制备出超轻、机械强度高、抗菌有效、可水洗且保暖的纤维海绵。通过调整PS/PU的质量比并加入一定量的疏水剂以及引入Ag抗菌剂corge004，所得纤维海绵展现出全面的优势，包括超轻特性（3.89 mg cm⁻³）、超弹性（在60%应变下1000次压缩循环后几乎没有塑性变形）、抗菌有效性和可水洗性（洗涤10次后抗菌率仍保持在98.9%以上），以及优异的保暖性能（23.77 mW m⁻¹ K⁻¹）。鉴于这些显著的性能，AUFs的开发为创造先进的抗菌保暖材料开辟了新的可能性，有望应用于医疗保健、个人防护装备、家居纺织品等领域。

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文献来源：https://doi.org/10.1002/mame.202500101