離子導體材料具有良好的生物相容性、透明性、導電性,及能夠與生物組織相匹配的力學特性,相關研究加快了人工皮膚、軟體機器人和超柔性顯示器的發(fā)展。其中,離子導電纖維特別適用于柔性傳感器和光電顯示器等可穿戴設備領域。而將離子導體材料制成具有優(yōu)異的彈性和導電性的纖維的挑戰(zhàn)在于:傳統(tǒng)熔融紡絲很難制備含有高離子濃度的纖維;而通過濕法紡絲制備時,導電纖維所需的離子會擴散到凝固浴中,這會顯著降低固體纖維中的離子含量并使其失去導電性。
圖1. A)天然絲腺和液晶紡絲過程:為絲素蛋白在被施加外力流動之前是對齊的,當它通過紡絲管時,它進一步沿著流動軸向對齊。B)干法向列紡絲策略:SMFs在擠出過程中排列對齊,類比于蠶的天然紡絲。
圖2. SSIFs的力學性能 A)示意圖展示了SSIF的分子結構和相應變化,使SSIF在被拉伸到2倍于其原始長度后得到彈性恢復,如照片所示。B)SSIF的真應力-應變曲線。C)SSIF的循環(huán)拉伸試驗。D) SSIF的楊氏模量和韌性與其他代表性軟材料的比較。E)在整個拉伸周期中SSIF的原位SAXS圖案。F) 拉伸到不同伸長率的SSIF的WAXS圖案。G)SSIFs作為運動傳感器檢測手指不同的彎曲角度。H)檢測膝蓋的彎曲。I)檢測手腕的運動。
圖3. A) SSIFs-TENG結合機器學習及物聯(lián)網(wǎng)技術實現(xiàn)智能感知。B)多通道信號采集。
總的來說,通過這種仿生紡絲策略所制備出的離子導體纖維具有良好的拉伸性(>250%)、彈性(拉伸下顯示13%的塑性形變)、導電性(61.18 ms m-1)和低滯后性(20.2%)。由此制備的摩擦電納米發(fā)電機纖維可產生精確、靈敏的摩擦電響應。通過機器學習和物聯(lián)網(wǎng)技術的結合,作者展示了這類材料、器件在人機交互、智能感知方面的實際應用前景。
原文鏈接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adma.202300447
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