一、研究背景

在材料科学和工程领域，对智能和响应材料的追求刺激了各个领域的创新。在这个范例中，纤维结构已经成为多功能平台，显示出对外部刺激的卓越适应性。纤维结构，如编织、非织造、针织和电纺纤维结构已经引起了研究人员的注意，为响应材料的新时代铺平了道路。

纤维结构是指纤维元素的集合，无论是细丝还是纤维，它们共同形成一个功能结构。这些结构呈现出线状或细长的形式，从宏观尺度到纳米尺度。在这篇综述中考虑的相关例子包括传统的纺织品衍生的编织、针织和非织造织物，以及该领域新兴的纤维加工方法，如电纺纤维结构。

机织物是由经纱和纬纱在相互垂直的方向上相互交织或交织而成的，这一过程被称为织造，是织物形成的最流行的技术。编织是第二种最广泛使用的织物制造方法，通过在织物的宽度或长度方向上形成环来制造针织织物。针织织物存在许多变化，但它们可以分为三种基本的针织结构。所有类型的针织物都源于这些基本结构，它们是：单线、罗纹和互锁。机织和针织面料在广泛的行业中具有广泛的功能，包括时尚，生物医学，汽车，土木工程和过滤。

与机织物和针织物不同，非织造布是由无限制的纤维制成的，通过纤维的粘合或交错产生，或两者的结合。这可以通过机械、化学、热或溶剂诱导的方法，或它们的组合来实现。形成网的技术，如干燥系统、湿化系统和聚合物基系统，以及粘接技术（热、化学和机械）就是其中的一些方法。非织造布有多种用途，在各种领域的耐用或一次性产品中得到应用，如个人护理、医疗保健、服装、家居用品、汽车、建筑、土工布。

这些织物的性能可能受到以下因素的影响：纤维类型（棉、涤纶等）、纱线特性（短纤维、长丝、变形纱等）、纤维结构或结构（机织、针织等）以及化学整理（如防水整理和阻燃整理）和物理或机械整理（如热定型、剪切和压延）工艺的应用。

另一方面，静电纺丝结构是由通过静电纺丝设备过程产生的超薄纤维组成的。静电纺丝是在具有足够粘度的导电聚合物溶液上施加高电压。由此产生的静电纺丝结构的特点是其纳米到微米级的纤维，具有高长宽比（长度与直径之间的比率），高孔隙率和小但相互连接的孔隙。通过调整静电纺丝参数，包括聚合物浓度、溶液流速、施加电压和纺丝距离等，可以定制结构的孔隙率、表面形貌和机械强度等性能。静电纺结构提供了多种应用，包括过滤、隔热、防护服、传感器、伤口敷料和组织支架。

智能纤维结构是指通过上述工艺创建的结构，要么使用智能纤维作为原材料，要么将其他智能材料与纤维结构结合。这些结构具有感知、驱动、适应和交流的功能，使它们能够对环境条件或刺激做出反应。例子包括形状记忆纤维结构，它可以根据温度等刺激调整形状，以及根据环境变化动态改变颜色的变色纤维结构。温度调节纤维结构提供隔热和冷却等功能，而防水和透湿结构提供透气和保护织物。自洁纤维结构采用类似水滴滚动的机制来保持清洁。此外，电子智能纤维结构集成了生理传感器等技术，实现了安全监测等功能。

本综述旨在研究纤维结构及其对外部刺激的反应，特别关注温度、光和ph。随后的章节将讨论响应性纤维结构和响应性元素，如形状记忆聚合物、热致变色材料、ph响应性聚合物、光热材料和其他响应性元素，阐明它们与纤维结构的结合，以赋予每种刺激不同的响应性。探索将扩展到制造方法，举例说明如何将这些响应元件纳入纤维结构。通过研究这些刺激和纤维结构之间的相互作用，本综述旨在为纤维结构的发展提供见解，这些纤维结构具有定制功能，适用于从适应环境条件的自我调节纺织品到能够适应周围条件的膜。在这篇综述的范围内，目标是从广泛的文献来源中综合见解，以提供对当前智能纤维结构的最新技术的全面理解。通过阐述智能纤维结构的原理、应用和集成方法，本文旨在推动该领域的进一步研究和创新。

二、摘要

近几十年来，对反应纤维结构的兴趣激增，推动它们进入各种应用：从适应周围环境的可穿戴纺织品，到动态改变选择性的过滤膜，这些结构展示了非凡的多功能性。各种各样的刺激，包括温度、光、pH值、电和化合物，都可以作为触发物，释放出相应的物理或化学变化。加工方法，如使用反应纱线编织或编织，静电纺丝，以及涂层程序，使反应材料集成到纤维结构中。它们可以对这些刺激作出反应，并包括形状记忆材料、温度响应聚合物、变色材料、相变材料、光热材料等。由此产生的影响可以以多种方式表现出来，从孔隙调节和渗透率改变到形状变化、颜色变化和热调节。这篇综述旨在探索纤维结构的领域，深入研究它们对外部刺激的反应，重点是温度、光和pH。

三、结论

作为智能材料，对响应纤维结构的兴趣在近几十年来越来越受欢迎。纤维结构,如编织、非织造布、针织,和实际上电纺的结构,当具有反应性,找到增强值在应用程序跨不同行业,包括时尚、生物医学、汽车、土木工程、过滤技术。

响应性纤维结构能够感知和适应外部刺激。这些刺激包括温度、光、pH值、湿度、电、磁、生物制剂、化学产品和压力。在纤维结构中，由pcm和热致变色材料等材料促进的温度响应性是一条探索得很好的途径，而光和pH等其他刺激为进一步创新提供了有希望的机会。作为温度响应元件，pcm和热致变色材料已经在工业应用中取得了重大进展。然而，这篇综述已经说明了SMPs和热响应聚合物集成到纤维结构中的巨大潜力。虽然smp提供了一个重要的前景，但对于智能纺织品的应用，例如，它们的利用在一定程度上受到触发形状记忆效应的相对高温要求的限制。

尽管到目前为止所取得的进展在响应纤维结构、过程和材料仍然需要进一步发展。在开发该地区的过程中，提高这些工艺和材料对工业环境的适应性变得势在必行。向工业化过渡至关重要，需要努力确保大规模生产的可扩展性和优化效率。虽然静电纺丝在研究中得到了广泛的应用，但它尚未完全工业化。相反，像编织、编织、浸渍和涂布等技术已经在工业中根深蒂固，由于不同的因素，它们缺乏工业化的目的。例如，在热响应性聚合物的情况下，它们的利用需要通常涉及聚合的合成阶段。由于这些聚合物不易用于此类应用，因此开发合成策略对于简化工业生产至关重要，特别是对于涂层技术等应用。在未来，它也可能是感兴趣的，以提高反应纤维结构的多功能性。虽然正在进行的研究深入到材料对多种刺激的反应，但这方面在纤维结构的背景下仍然相对未被探索。此外，在新兴的进展中，重点应超越对反应性纤维结构功能的唯一考虑。至关重要的是要扩大范围，同时优先考虑材料和工艺的可持续性，这对它们的发展是不可或缺的。

图1.能够赋予纤维结构对温度的响应性的材料的例子及其相应的作用机制，以及在响应性纤维结构中的结果。(A)吸收、储存和释放潜热的相变材料，在响应性纤维结构中具有相同的行为。(B)具有LCST和UCST行为的热响应聚合物，在溶液中随温度变化在线圈和球状状态之间转换，从而导致响应纤维结构孔隙率的变化。(C)热致变色材料（在这个例子中，结晶紫内酯与双酚A反应）随着温度的变化而改变颜色，并使含有它们的结构具有相同的能力。(D)形状记忆聚合物随温度变化和恢复形状，随之在响应性纤维结构中发生形状变化。

图2.赋予纤维结构对光的响应性的材料及其相应的作用机制，以及在响应性纤维结构中的结果。(A)光响应聚合物。在这个例子中，当暴露在特定的光下时，分子会发生可逆的异构化，这导致反应性纤维结构的颜色发生变化。(B)光热材料将光转化为热，增加暴露在光下的纤维结构的温度。(C)形状记忆聚合物在暴露于光下改变和恢复形状，随之在响应性纤维结构中发生形状变化。