石墨烯氣凝膠智能相變纖維研發(fā)成功

能否實(shí)現(xiàn)智能纖維在面對(duì)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，是未來(lái)新型多功能智能可穿戴系統(tǒng)發(fā)展的重要機(jī)遇?；诖?，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(guò)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(guò)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 J/g ～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(duì)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，該研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)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(lèi)（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(duì)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。

通過(guò)石墨烯氣凝膠纖維、相變材料及氟碳樹(shù)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)域具有廣闊的應(yīng)用前景。相關(guān)研究成果已在線發(fā)表在國(guó)際著名雜志《Advanced Materials》上。