東華大學王宏志課題組：可拉伸變色纖維助力智能穿戴

【引言】

智能可拉伸纖維狀器件在近15年來發展迅速，不僅僅是因為它們良好的器件可設計性，而且其獨特的一維結構很容易和織物結合并有望在智能可穿戴設備領域實現廣泛的應用。然而通過簡單的方法制備顏色可控、響應迅速的可拉伸變色纖維仍然是一個挑戰。

【成果簡介】

近日，東華大學王宏志教授領銜的AFMG課題組采用雙層結構的包芯紗（DCYs）作為可拉伸彈性基體，通過簡單的浸涂法依次制備了化學還原石墨烯（RGO）-TiO₂導電層、PDMS保護層和熱致變色油墨層（圖1）。這種多層結構設計保證了纖維在彎曲、扭曲以及拉伸等形變條件下纖維的拉伸以及變色穩定性。（Journal of Materials Chemistry C, 2017, DOI: 10.1039/C7TC02471A）

【圖文導讀】

圖1.可拉伸電熱致變色纖維的結構示意圖（a）、斷面SEM（b）以及制備流程圖（c）。標尺：300 μm

纖維導電層電阻率達到0.02 Ω·m，通過熱致變色油墨的調配和選擇，即可實現多彩的拉伸變色。纖維能在兩種不同的變色機制下實現兩種顏色的變化（黑色到綠色）或者三種顏色的變化（紅色到藍色到白色等）。對于拉伸/釋放轉變機制（圖2），在恒定電流下，隨著拉伸程度的增大，纖維電阻增加，焦耳熱產熱增大，使顏色根據溫度發生智能變化，即視覺傳感。

圖2. （a-b）在142 mA/cm的電流密度下，可拉伸電熱致變色纖維在拉伸過程中的數碼照片以及紅外熱成像照片；（c）可拉伸電熱致變色纖維在不同的拉伸下的反射光譜；（d）在142 mA/cm的電流密度下，電熱致變色纖維表面溫度以及相應的相對反射率（505 nm）與拉伸程度的關系；（e）在142 mA/cm的電流密度下，電熱致變色纖維在拉伸/回復循環過程中相對反射率（505 nm）與不同拉伸程度的關系；（f）電熱致變色纖維在不同電流密度下的反射光譜；（g）在284 mA/cm的電流密度下，電熱致變色纖維的從黑色變為綠色的電流開關原位響應曲線。

對于電流轉換機制，所制備纖維在較大電流下能直接實現顏色的變化（圖3）。

這類可拉伸電熱致變色纖維能夠與傳統的針織、或者編織工藝相結合，為纖維的功能化智能化以及可穿戴領域的發展提供一種新的并且十分有效的方案。

本項工作的第一作者為李強，2015年因成績優異保送至東華大學先進功能材料課題組（AFMG）攻讀碩士學位。共同第一作者李克睿為東華大學AFMG課題組博士。

文獻鏈接：Reduced Graphene Oxide Functionalized Stretchable and Multicolor Electrothermal Chromatic Fibers?(Journal of Materials Chemistry C, 2017, DOI: 10.1039/C7TC02471A.)

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