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蘇州納米所等在石墨烯氣凝膠智能纖維領(lǐng)域取得進(jìn)展

發(fā)布:cyqdesign 2018-06-21 16:07 閱讀:1535
智能纖維,通常指可感知環(huán)境變化或刺激(如光、電、溫度、濕度、pH、機(jī)械等)并能夠做出反應(yīng)的纖維,是智能可穿戴織物中重要的基本組成單元。智能纖維可通過智能織物形式,整合到臂帶、袖套、服裝、頭盔、腰帶等部位之中,并作為可穿戴傳感器、制動(dòng)器、能源器件、調(diào)溫織物及加熱器等功能器件的核心單元應(yīng)用于柔性可穿戴智能系統(tǒng)中。然而,目前大多數(shù)織物纖維以天然高分子或合成高分子為主。這些高分子具有本征的熱絕緣及電絕緣性能,使其難以與微型化電路進(jìn)行有機(jī)整合,因而不僅限制織物纖維在傳統(tǒng)電子器件中的應(yīng)用,還束縛著新型可穿戴電子器件及智能機(jī)器人的發(fā)展。此外,如何實(shí)現(xiàn)智能纖維在面對復(fù)雜環(huán)境及人機(jī)交互中多重刺激響應(yīng)的功能集成,依舊是一個(gè)重大挑戰(zhàn),也是未來新型多功能智能可穿戴系統(tǒng)發(fā)展的重要機(jī)遇。 TpI8mDO\W  
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  基于智能纖維多重刺激響應(yīng)的功能集成這一需求,中國科學(xué)院蘇州納米技術(shù)與納米仿生研究所氣凝膠團(tuán)隊(duì)將石墨烯氣凝膠纖維、相變材料及超疏水涂層巧妙復(fù)合,得到一種柔性、自清潔的石墨烯氣凝膠智能相變纖維,實(shí)現(xiàn)了復(fù)合纖維的能源轉(zhuǎn)換與存儲(chǔ)、自清潔、智能調(diào)溫、加熱等多重刺激響應(yīng)功能于一身。具體制備工藝如下:首先通過濕法紡絲工藝,將氧化石墨烯液晶紡入特定凝固浴中,經(jīng)化學(xué)還原-超臨界干燥等技術(shù)手段制備得到具有規(guī)整、連續(xù)、多孔的石墨烯氣凝膠纖維;然后通過浸漬填充,將有機(jī)相變材料(如石蠟、聚乙二醇、高級脂肪酸等)引入到氣凝膠纖維的多孔網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中,獲得石墨烯氣凝膠相變復(fù)合纖維;最后在復(fù)合纖維上包裹氟碳疏水涂層,獲得具有自清潔功能、多重刺激響應(yīng)行為的柔性石墨烯氣凝膠智能纖維。 :4)(Qa(  
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  研究表明,這種新型的智能纖維具有可調(diào)的相變焓值(0-186 J/g)、優(yōu)異的力學(xué)/電學(xué)性能、自清潔及多重刺激響應(yīng)(光、電、溫度)的熱能轉(zhuǎn)換與存儲(chǔ)/釋放功能,且纖維可被加捻、編織。針對單根纖維、纖維束及織物等形式,分析并探究了復(fù)雜環(huán)境下的刺激響應(yīng)行為:當(dāng)纖維彎曲或打結(jié)時(shí),纖維的電熱響應(yīng)行為不受影響,當(dāng)纖維集結(jié)成束時(shí),纖維之間發(fā)生熱交換,能夠減少纖維向環(huán)境的熱流失,從而表現(xiàn)出更為快速的電熱響應(yīng)及更高的響應(yīng)溫度;纖維織物在室溫及低溫環(huán)境下均具有光-熱響應(yīng)行為,且隨著纖維織物的密集程度的增加,光熱響應(yīng)具有更快、更高的溫度響應(yīng)。進(jìn)一步地,通過熱電偶及數(shù)據(jù)記錄儀,詳細(xì)分析了單根纖維、纖維織物的電熱、光熱響應(yīng)歷程,并詳細(xì)研究了纖維種類(不同相變材料的纖維混編織物)、纖維織物的密集程度、外部環(huán)境(溫度、濕度及應(yīng)力)對熱能捕獲及釋放的影響,實(shí)現(xiàn)智能織物的多溫度區(qū)間的熱能存儲(chǔ)、釋放及調(diào)溫功能(如圖所示)。 Nw(hN+_u  
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