可拉伸变色纤维助力智能穿戴材料技术革新

本文摘要:智能可剪切纤维状器件在近15年来发展很快,某种程度是因为它们较好的器件可设计性,而且其独有的一维结构很更容易和织物融合并未来将会在智能可穿着设备领域构建普遍的应用于。然而通过非常简单的方法制取颜色高效率、号召很快的可剪切变色纤维依然是一个挑战。【成果概述】近日,东华大学王宏志教授领衔的AFMG课题组使用双层结构的包芯纱(DCYs)作为可剪切弹性基体,通过非常简单的浸涂法依序制取了化学还原成石墨烯(RGO)-TiO2导电层、PDMS保护层和热致变色油墨层(图1)。

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智能可剪切纤维状器件在近15年来发展很快,某种程度是因为它们较好的器件可设计性,而且其独有的一维结构很更容易和织物融合并未来将会在智能可穿着设备领域构建普遍的应用于。然而通过非常简单的方法制取颜色高效率、号召很快的可剪切变色纤维依然是一个挑战。【成果概述】近日,东华大学王宏志教授领衔的AFMG课题组使用双层结构的包芯纱(DCYs)作为可剪切弹性基体,通过非常简单的浸涂法依序制取了化学还原成石墨烯(RGO)-TiO2导电层、PDMS保护层和热致变色油墨层(图1)。

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这种多层结构设计确保了纤维在倾斜、变形以及剪切等应力条件下纤维的剪切以及变色稳定性。(JournalofMaterialsChemistryC,2017,DOI:10.1039/C7TC02471A)【图文简介】图1.可剪切电热致变色纤维的结构示意图(a)、断面SEM(b)以及制取流程图(c)。标尺:300μm纤维导电层电阻率超过0.02Ω·m,通过热致变色油墨的调配和自由选择,才可构建多彩的剪切变色。

纤维能在两种有所不同的变色机制下构建两种颜色的变化(黑色到绿色)或者三种颜色的变化(红色到蓝色到白色等)。对于剪切/获释改变机制(图2),在恒定电流下,随着剪切程度的减小,纤维电阻减少,焦耳热产热减小,使颜色根据温度再次发生智能变化,即视觉传感。

图2.(a-b)在142mA/cm的电流密度下,可剪切电热致变色纤维在剪切过程中的数码照片以及红外热光学照片;(c)可剪切电热致变色纤维在有所不同的剪切下的光线光谱;(d)在142mA/cm的电流密度下,电热致变色纤维表面温度以及适当的比较反射率(505nm)与剪切程度的关系;(e)在142mA/cm的电流密度下,电热致变色纤维在剪切/恢复循环过程中比较反射率(505nm)与有所不同剪切程度的关系;(f)电热致变色纤维在有所不同电流密度下的光线光谱;(g)在284mA/cm的电流密度下,电热致变色纤维的从黑色变成绿色的电流电源原位号召曲线。


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