石墨烯气凝胶相变智能纤维

智能纤维,一般指能够感知环境变化或刺激(如光、电、温度、湿度、pH、机械力等)并能够对此做出响应的纤维,是组成智能可穿戴织物的重要结构单元。智能纤维常以智能织物形式整合到臂带、袖套、服装、头盔、腰带等部位之中,进而应用于柔性可穿戴智能系统中。在柔性可穿戴智能系统,如可穿戴传感器、制动器、能源器件、调温织物及加热器等多功能器件中,智能纤维及织物往往以核心结构或功能单元的形式,担任整个系统中的“心脏”。然而,目前大多数织物纤维往往是以天然高分子或合成高分子为主要组分,其自身具有的热/电绝缘性能,使其难以实现与微型化电路的有机整合,因而造成这些织物纤维在传统电子器件的应用受阻,并严重束缚着新型可穿戴电子器件及智能机器人的发展。此外,智能纤维在面对人机交互等复杂环境下的多重刺激响应集成,依旧是一个重大挑战,也是新一代多功能智能可穿戴系统进一步发展的瓶颈。

中科院苏州纳米技术与纳米仿生研究所气凝胶团队张学同研究员和其他研究人员(http://www.aerogel-online.com)针对上述关键科学问题,从气凝胶纤维这一全新视角出发,创新性地提出了他们的解决办法。该团队人员利用改进的溶胶-凝胶湿法纺丝技术,并辅以特殊的干燥方式,获得性能优异的石墨烯气凝胶纤维,并将其与有机相变材料、超疏水涂层巧妙地结合,实现了能源转换与存储、自清洁、智能调温、加热等多重刺激响应行为在柔性纤维上的集成,并获得具有刺激响应特征的智能织物。研究表明,这种新型的智能纤维在弯曲、打结、加捻、编织和低温等复杂环境下,仍能够表现出灵敏的多重刺激响应行为(电热、光热)。此外,利用纤维集结成束、密集化编织、混编等策略,可进一步优化并提升其多重信号刺激下的热响应行为,因而实现更为快速、更宽温区的能量转换、存储与释放功能。

相关研究成果以“Multiresponsive Graphene-Aerogel–Directed Phase-Change Smart Fibers”为题,在线发表在Advanced Materials (DOI: 10.1002/adma.201801754)上。

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