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液態金屬基導電纖維的研究及應用

2024-02-29 11:37:06 來源:紡織導報

導電纖維是一種將電學功能與纖維形態相結合的材料,具有廣泛的應用前景,如智能可穿戴服裝、智能縫合線和微創生物電子等。然而,傳統的金屬導線等導電纖維往往不具備柔軟性和可拉伸性,難以與生物界面無縫集成,也容易發生疲勞斷裂。

液態金屬依托其常溫下液態的流動性和高導電性為新型金屬基導電纖維的開發提供了解決方案。隨著液態金屬系列基礎特性的發現和制備技術的突破,纖維狀液態金屬的研究得到了快速發展,已經在柔性可拉伸織物電子、多模態柔性傳感器、金屬繃帶和硬度切換電極等領域展現了極具潛力的應用前景。

在該領域,清華大學醫學院劉靜教授團隊有著多年研究積淀。2003年,其實驗室提出由薄鋁膜和纖維構成的旨在降低人體太陽熱輻射的防暑服面料;2010年申請了國內外首個液態金屬復合型面料的發明專利,建立起多種典型的液態金屬纖維技術途徑。如:表面印刷液體金屬型導電導熱或吸熱型纖維、內部填充液體金屬型管狀紡織纖維;由上述纖維編織而成的網狀纖維,有關溫度調節、防輻射、抗靜電乃至殺菌、抗菌等應用技術,開啟了液態金屬纖維研究的先河。

韓國科學技術院的研究人員基于剪切沉積的方法,制備了具有雙層半固態液態金屬顆粒(LMP)結構的纖維涂層。其首先利用剪切力將聚合物連接的LMP沉積在纖維上,形成了一層均勻而緊湊的LMP包覆層。然后,在LMP包覆層的外表面再涂覆一層CNT連接的LMP,形成了雙層LMP復合材料。在剪切沉積過程中,溶液揮發形成高濃度的乙酸區域,使得LMP能夠在纖維上聚集沉積并實現自燒結。這種雙層結構不僅增強了LMP包覆層的機械穩定性和耐久性,而且無需經過燒結處理。該方法制成的纖維在縫制電路、智能服裝、可拉伸生物界面纖維和多功能纖維探針方面均具有一定的應用潛力。

青島大學教授曲麗君課題組利用同軸濕法紡絲工藝,根據非溶劑致相分離成型機理,經紡絲工藝調控,連續化制備了具有不同內徑的液態金屬/聚氨酯導電纖維。該纖維具有超強可拉伸性(>1000%),以及優良的導電性(~0.05 Ω/cm)。通過對液態金屬/聚氨酯導電纖維內部構效關系、傳感性能、可逆導電性能、電熱性能等的研究,結合傳統紡織工藝,構建不同電子織物功能模塊,開發了一款集成式智能手套系統,可用于運動領域的傳感和預警,尤其是水下運動的失溫防護。

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