中國粉體網(wǎng)訊 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。
基于智能纖維多重刺激響應(yīng)的功能集成這一需求,，中科院氣凝膠團(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(jí)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,。
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1所示）,。
圖1 、石墨烯氣凝膠智能纖維的多重刺激響應(yīng)示意圖(a),、其編織圖案的光學(xué)照片(b, c,)與光-熱響應(yīng)時(shí)的紅外照片(b1, c1),、及其智能織物（d內(nèi)插圖）在光/電刺激響應(yīng)下的熱能轉(zhuǎn)換與存儲(chǔ)/釋放的歷程(d)。
通過石墨烯氣凝膠纖維,、相變材料及氟碳樹脂巧妙復(fù)合得到的石墨烯氣凝膠智能纖維實(shí)現(xiàn)了多重刺激響應(yīng)下的多功能集成,，且可再現(xiàn)于纖維加捻而成的紗線及編織成的織物之中，在新一代智能可穿戴織物及便攜式電子器件領(lǐng)域具有廣闊應(yīng)用前景,。相關(guān)研究成果以“Multiresponsive Graphene-Aerogel–Directed Phase-Change Smart Fibers”為題,，已在線發(fā)表在國際著名雜志Advanced Materials（2018, 30, DOI: 10.1002/adma.201801754）上。
博士生李廣勇（北京理工大學(xué)與中科院蘇州納米所聯(lián)合培養(yǎng)）為論文第一作者,，張學(xué)同研究員為論文通訊作者,，合作者包括澳門大學(xué)洪果教授，英國倫敦大學(xué)學(xué)院宋文輝教授,。該論文工作在國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃（2016YFA0203301）、國家自然科學(xué)基金（51572285）,、英國牛頓高級(jí)學(xué)者基金（NA170184）和江蘇省自然科學(xué)基金（BK20170428）的共同資助下完成,。
（中國粉體網(wǎng)編輯整理/平安）
