（接上期）

7鞋类和皮革产品的设计智能化

7.1功能鞋综合场景仿真实验室的应用

际华3515皮革皮鞋有限公司成立于1951年，位于河南省漯河市召陵区人民东路197号，现隶属于国务院国资委监管的大型央企新兴际华集团（世界500强企业），是新兴际华集团的二级子公司，际华集团的优秀骨干企业，国家科技成果推广示范单位。

公司与四川大学联合启动并建设了际华场景仿真实验室项目。仿真实验室致力于实现人体实时数据采集、鞋靴嵌入式外骨骼结构、地形信息感知等，通过融合人工智能技术和信息技术开发不同的应用场景，打造全球领先的高科技鞋业技术链。公司紧紧围绕高性能靴材的研究与应用、功能鞋的理化性能测试、生物力学性能测试以及鞋类舒适性定量标准和性能评价等主要研发领域，获得了多项国内领先、国际一流的研发成果，制定多项国家和行业标准，达到行业领先的技术水平。

8其他

8.1基于聚乙二醇化环氧共聚物对皮胶原的表面惰化改性策略，实现高效清洁化锆鞣

锆鞣剂具有与传统铬鞣剂相当交联能力以及相对环保的特性，被认为是目前鞣制性能仅次于铬鞣剂的金属鞣剂。然而，锆离子在水中极易水解、配聚并形成多核大分子配合物，从而使其在鞣制初期的渗透阶段就能够与皮胶原纤维上的活性基团产生相互作用并沉积在皮革表面，进而抑制锆鞣剂在皮中的均匀渗透，最终导致表面过鞣、鞣制不均匀等问题，使锆鞣剂难以有效取代传统铬鞣剂，实现清洁化鞣制技术。因此，如何有效减弱锆鞣剂在鞣制初期与皮胶原之间的反应性并抑制其形成大分子络合物，将有效促进锆鞣剂在绿色制革领域的应用。本研究针对上述锆鞣剂存在的问题，采用聚乙二醇化的多环氧基共聚物对皮进行鞣前预处理，以达到惰化胶原表面、减弱皮胶原与锆鞣剂间相互作用的目的。与此同时，通过预处理在皮胶原纤维中引入能与锆离子产生配位作用的羟基和羰基，从而缓解水合锆离子之间的过度配位络合，促进锆鞣剂在皮中的均匀渗透。研究结果表明，与常规锆鞣相比，基于该惰性表面改性策略的锆鞣技术能够实现高效均匀的鞣制效果，并全面提高坯革的性能。通过该方法制备的坯革，其热稳定性、物理和机械性能与铬鞣坯革相当。此外，由于多环氧基共聚物通过共价交联封闭了皮胶原氨基，能够避免在浸酸过程中使用中性盐，从而实现无盐浸酸。综上，本研究提出的胶原表面惰化改性策略有效解决了锆鞣剂易于在皮革表面沉积的问题，有助于推动鞣制技术向更为高效、清洁的方向发展，促进传统锆鞣剂在绿色制革领域的进一步应用。

8.2一种含硅聚合物助剂的合成与应用

为了减少皮革生产过程中加脂剂的用量并减小成品革的表观密度，本研究采用丙烯酸、甲基丙烯酸、多乙烯基硅油等单体通过自由基共聚合成了一种含硅聚合物助剂并在绵羊蓝湿革上进行应用实验。通过比较聚合物的黏度和应用效果，确定了最佳合成方案。即，n（丙烯酸）:n（甲基丙烯酸）=0.5:0.2，m（多乙烯基硅油）=5%，m（过硫酸铵）=1.5%，在80℃～85℃条件下反应120～180min。红外光谱表明该聚合物助剂中含有硅氧键（-Si-O-），GPC表明其分子量为61187，分布指数为1.83。单独使用8%～12%的该聚合物助剂复鞣后的革的增厚率可达23.1%，柔软度为6.0。当该聚合物助剂的用量为8%～10%，加脂剂的用量可减少至4%～8%。这样，复鞣与加脂后的成品革粒面细致，手感柔软并具有一定的疏水性能，表观密度为0.457g/cm3。

8.3基于山羊皮的超强韧性、高稳定性和自粘性智能多功能有机凝胶电子皮肤，可用于健康监测的温度、湿度、应变和生物电四模传感器

智能电子技术的快速发展促进了电子设备从刚性系统向柔性系统的过渡。模仿自然生物皮肤的柔性电子皮肤因其在健康管理、软机器人、人机交互等方面的重要应用而受到了广泛的关注。然而，日益增长的先进技术需求对电子皮肤的功能提出了更高的要求，如高机械强度、柔韧性和生物相容性。本文采用自上而下的制备策略，以柔韧的山羊皮为基本框架，通过聚（甲基丙烯酸-丙烯酰胺）网络填充处理，制备了一种基于有机凝胶的智能多功能电子皮肤。这种有机凝胶具有优异的机械强度和抗穿刺性，断裂应力为 3.86MPa，断裂伸长率为 230%，可作为保护人体的第二皮肤层。与传统的含水水凝胶不同，这种有机凝胶具有优异的生物相容性和环境稳定性，可在低温（如-20 ℃）和长期储存（> 15天）后正常工作。更重要的是，粘附性、导电性和抗菌性能等实际应用中的关键特性已成功地融入到这种有机凝胶系统中。进一步开发出了一种柔性、可拉伸且耐用的有机凝胶传感器，它可以在宽温度范围和持续时间内精确监测人体的大尺度运动和微妙生理信号。此外，它还能在同一平台上同时实现温度、湿度、应变和生物电响应。这种四模传感机制可以有效补充和校准人体健康数据，从而实现对人体健康状况的精确监测。这项工作为智能电子皮肤的生物仿生和多功能性提供了一种新方法，旨在复制甚至超越真实动物皮肤的性能。

8.4可持续多孔活性炭作为一种潜在的柔性超级电容器电极材料

从皮革行业废料中开发增值材料对于实现皮革行业的可持续发展至关重要。本研究探讨了将皮革行业中产生的铬革屑应用于超级电容器的可能性。首先铬革屑经过碳化、化学活化后用作电极材料，凝胶聚合物用作超级电容器的电解质（GPE），然后在对称双电极设置中使用 GPE 替代液体电解质，可以解决泄漏和腐蚀问题。

在三电极模式下，铬革屑衍生的多孔碳电极在 0.5A/g 电流条件下显示出 245 F/g 的高比电容。此外，多孔碳还在 GPE 介质中进行了对称双电极设置测试。柔性对称电容器在0.5 Ag-1 的电流密度下，能量密度高达14.7Wh kg-1 ；在 4 A g-1的电流密度下，功率密度高达 8000 W kg-1。此外，还制作了一个用于实时超级电容器应用的袋状电池超级电容器（3*3 cm-2）。该装置在一系列串联的设备中可点亮LED，这项研究为将多孔碳材料用于柔性超级电容器应用和循环经济提供了一种简单、经济的方法。

8.5胶原多肽在酿酒酵母发酵生产生物乙醇中的应用研究

生物乙醇是一种清洁可持续的生物能源。然而，酿酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)在高浓度乙醇发酵的过程中会遭受严重的乙醇胁迫。脯氨酸(Proline, Pro)是一种常见的胁迫保护剂，但S. cerevisiae自身的Pro合成能力有限，且外源Pro的添加对于大规模的生物乙醇发酵而言成本较高。胶原多肽(Collagen peptide, CP)是一种富含Pro的生物质，研究发现其可有效提高乙醇胁迫下细胞的存活率。高浓度的乙醇胁迫会对细胞形态和超微结构造成严重的损伤，而CP的引入则可以保护细胞，在一定程度上保持细胞形态的完整、维持细胞超微结构的稳定，这表明CP赋予S. cerevisiae较强的抗乙醇胁迫能力。差异表达基因的富集分析发现CP会显著影响S. cerevisiae的Pro代谢。而添加Pro、甘氨酸(Glycine, Gly)和羟脯氨酸(Hydroxyproline, Hyp)均能提高S. cerevisiae对乙醇胁迫的耐受性。此外，CP不仅能促进葡萄糖的利用，提高乙醇产量，还能缩短发酵时间，提高发酵效率。同时，在乙醇发酵初期，CP可提高S. cerevisiae胞内Pro、Gly和Hyp的含量。可见，CP在高浓度乙醇发酵中的促进作用与其特殊的氨基酸组成密切相关。以上结果表明，CP可有效提高S. cerevisiae发酵过程中的生物乙醇产量。

8.6基于天然皮革的可穿戴X/γ射线防护材料的设计与迭代

电离辐射在工业生产及日常生活中得到了广泛应用，而其能量高的本征特性使得制备轻质、高效、高强度的柔性辐射防护材料对人体及环境进行防护至关重要。近年来，本课题组使用天然皮革的优势设计制备了第一代天然皮革基辐射防护材料，并将其迭代至第三代。

第一代天然皮革辐射防护材料致力于将高Z元素稳定并分散在天然皮革中。天然皮革具有由氨基酸–多肽链–三股螺旋–微原纤–原纤–胶原纤维–纤维束–三维网络框架构成的多层级超分子组装结构，还具有–COOH、–NH2、–OH等多种且大量的活性官能团，上述结构及化学优势使得天然皮革可以稳定高Z元素，且可以有效地降低纳米粒子的粒径，从而增强材料对光子的衰减-吸收能力。因此，本课题组开发了一种“溶液浸渍-溶剂脱除”策略，借鉴皮革鞣制的机理，将可溶性高Z元素盐通过配位、氢键及静电引力等作用方式稳定及分散在天然皮革中。此外，课题组还利用皮革复鞣的工艺，使用聚丙烯酸树脂将高Z元素氧化物纳米粒子负载至天然皮革的多层级结构中，制得了天然皮革辐射防护材料。得到的第一代天然皮革基辐射防护材料由于高Z元素得以在基材中均匀分散，因而具有较好的辐射屏蔽性能。

第二代天然皮革辐射防护材料则重点解决了前一代材料在特定能量范围内具有弱吸收区的缺点。本课题组借鉴天然皮革的涂饰工艺，在第一代天然皮革辐射防护材料的表面添加了含有第二种高Z元素的超薄涂层，利用两种高Z元素的吸收边差异对弱吸收区进行补足。得益于双高Z元素的协同作用，第二代天然皮革辐射防护材料的弱吸收区被成功消除，材料在全能量范围内的辐射屏蔽效果得到了很大程度的提升。

第三代天然皮革辐射防护材料旨在不增大密度的前提下进一步提升材料的辐射屏蔽性能。为此，本课题组对高能元素功能粒子的微观结构进行了设计，受瓮城结构的启发，将两种高Z元素制成了核壳纳米粒子并稳定、分散至天然皮革中。通过控制X/γ射线光子与高Z元素作用的次序调控了光子与物质的作用方式，最大化了高Z元素对光子能量的衰减和吸收，从而将天然皮革辐射防护材料的屏蔽性能提升到了新高度。

综上所述，通过充分利用天然皮革的自身特点及其制备工艺，成功制得了新型的可穿戴辐射屏蔽材料，并对其进行迭代，实现了轻质、高屏蔽效率及高强度的优势。