引言：在智能纺织品、防伪技术及传感器等领域，刺激响应材料因能对外界刺激作出可逆性质变化而备受关注，尤其是光和温度响应材料，具备远程、非接触等优势。尽管光致变色与热致变色材料研究广泛，但将二者性质集成至单一材料并实现多色响应仍是难题。近期，双功能热致变色和光致变色材料开发兴起，像通过纳米纤维基质集成不同变色功能等尝试，凸显了多功能响应材料在实际应用中的潜力，也让如何在单一材料中平衡多种变色特性、避免成分相互干扰成为研究关键。

近日，苏州大学纺织服装工程学院何吉欢教授团队在《Materials Chemistry and Physics》期刊发布了题为“Reversible thermo- and photochromic bifunctional nanofibers prepared by conjugate bubble electrospinning”的最新研究成果。该团队通过共轭气泡静电纺丝技术成功制备了具有可逆热致变色和光致变色功能的双功能纳米纤维，为智能纺织品、安全系统、认证设备等领域的多功能响应材料开发提供了新思路。

在该研究中，探索了将热致变色和光致变色材料集成到纳米纤维基质中的可行性，成功设计了一种共轭气泡静电纺丝系统来制备具有并列结构的纳米纤维，从而实现两种不同变色材料的空间分离。气泡静电纺丝是一种无针静电纺丝技术，利用喷嘴尖端的气泡代替传统的针头，作为纤维射流的发射器。该方法为微纳米纤维的大规模生产提供了显著优势。在共轭气泡静电纺丝中，受控的气泡形成有助于精确沉积不同的载有染料的聚合物溶液，确保高效的纳米纤维生产，同时保留组成变色材料的固有性质。选择聚乙烯醇（PVA）作为纳米纤维基质，因为它具有优异的可静电纺丝性、生物相容性和强大的热机械性能。PVA 中的羟基促进氢键形成，增强其与水溶性染料的相互作用，并促进染料的均匀分散。

为了系统地评估变色性质的集成，比较了两种制备方法：（1）包含热致变色和光致变色染料的均匀混合物的常规静电纺丝，以及（2）并列配置，其中两种染料在纳米纤维的不同区域中空间受限。因此，制备了五种类型的纳米纤维：（i）纯 PVA 纳米纤维（对照），（ii）载有光致变色染料（PCD）的纳米纤维，（iii）载有热致变色染料（TCD）的纳米纤维，（iv）来自包含两种染料的溶液的混合纳米纤维（PTCD），以及（v）具有空间分离的热致变色和光致变色组分的并列结构纳米纤维（TCD/PCD）。这种并列配置代表了对传统混合方法的重大进步，因为它有效地保留了每种染料的独立变色响应，同时防止了不利的相互作用。

通过共轭气泡静电纺丝制备聚乙烯醇（PVA）纳米纤维，形成独特的并列结构，并将热致变色和光致变色染料在纤维不同区域进行空间分离的设计，增强了它们对温度和紫外线（UV）刺激的独立和协同响应。热致变色染料在 30-34℃温度范围内表现出可逆的颜色变化，使纳米纤维适用于温度敏感指示剂。同时，光致变色染料对 375nm 波长的紫外光有响应，可在不同光照条件下实现动态颜色调节。综合物理化学表征显示水接触角为 35°，表明具有中等疏水性，机械强度为 6.1±0.6MPa，显示出良好的拉伸性能，适合实际应用。热重分析表明纳米纤维保持其结构完整性，并表现出最高的热稳定性。

图4：(a) PTCD和TCD/PCD纳米纤维在温度变化和紫外光照射下的颜色变化比较，(b) TCD纳米纤维在30°C时、PCD纳米纤维（无紫外光）、TCD纳米纤维在34°C时、PCD纳米纤维（4秒紫外光照射）、PTCD和TCD/PCD纳米纤维在34°C且有紫外光照射时的反射光谱

图5：TCD/PCD纳米纤维在窗玻璃、人手和衬衫上的应用，展示在紫外光、热和综合效应下的颜色变化效果

总结来说，研究结果凸显了所制备的纳米纤维在智能纺织品、安全系统、认证设备和其他需要响应和自适应材料的领域中的潜力。而通过共轭气泡静电纺丝来制备保留其组成变色材料不同性质的并列结构纳米纤维，这种创新方法不仅克服了传统染料混合策略的局限性，也为单一纳米纤维基质中多种刺激响应材料的共存提供了有价值的见解。

该研究采用了共轭纺丝静电纺丝技术，佛山微迈科技有限公司自主研发的多功能E04纺丝机，不仅支持共轭纺丝，还支持纺纱、纺丝、静电喷雾一体化实验，配有多针阵列喷头，可进行双组分材料纺丝、多材料同轴多针静电纺丝，制备复杂多样的纳米纤维材料，此外，这款静电纺丝机还具备高精度控温控湿系统，可以精准控制纺丝环境，搭载大幅宽滚筒，高效制备各类高性能纤维材料。

文献来源：https://doi.org/10.1016/j.matchemphys.2025.130691