2016年11月11日 星期五 09:15:33
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一种用于电致变色人工肌肉的无机半导体纱线

发表时间:2021/4/25

半导体纤维在人机交互、能量转化等方面有巨大优势,因此在可穿戴领域受到了广泛关注。目前的半导体纤维以共轭聚合物材料为主,但其载流子迁移率和力学强度较低,导致无机半导体纤维难以连续化制备。受棉纤维纺纱工艺的启发,东华大学材料科学与工程学院先进功能材料课题组(AFMG)的研究人员借助多相界面作用力,模仿棉纤维纺纱的梳棉、压实和加捻工艺,开发了无机半导体纳米晶体材料的连续化取向、组装和加捻新方法,实现了无机半导体纱线的连续化制备。研究人员同时提出以高长径比的纳米带为结构单元,强化基元相互作用力,提升了半导体纱线的强度。此外,基于双电层吸/脱附和离子晶格脱嵌耦合机制,构筑了基于无机半导体纱线的电致变色人工肌肉。



因为纱线由高长径比的无机纳米单元组成,在室温下可以任意弯曲或扭曲,具有良好的柔性。由于载流子冻析效应,半导体纱线插入液氮后电阻提升了四个数量级,但仍然保持了良好的柔性。它的拉伸强度也显著优于已知的纯半导体纤维材料,除此之外,无机半导体纱线也具有灵敏的热敏与光敏特性。



无机半导体纱线经过三相界面组装后,纱线内部具有大小不同的孔洞,经过流体加捻后形成致密的纳米纱线。与棉线结构相似,无机半导体纱线的微观结构单元也呈现高度有序的平行排列。基于优异的柔性与力学强度,无机半导体纱线可加捻得到多种螺旋结构纱线,当结构单元组分均为无机材料时,螺旋纱线在极低温下仍具有优异的可拉伸性能。



通过与碳纳米管纱线复合,螺旋纱线可实现在离子液体中的协同电致变色与致动。预计该无机半导体纱线在人工肌肉、伪装织物等领域将有广阔的应用前景。

研究内容以“Scalable fluid-spinning nanowire-based inorganic semiconductor yarns for electrochromic actuators”为题发表在最新的《Materials Horizons》上。


(来源:纺织导报官微)