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、機械等）并能夠做出反應的纖維，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、制動器、能源器件、調溫織物及加熱器等功能器件的核心單元應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行有機整合，因而不僅限制織物纖維在傳統(tǒng)電子器件中的應用，還束縛著新型可穿戴電子器件及智能機器人的發(fā)展。此外，如何實現(xiàn)智能纖維在面對復雜環(huán)境及人機交互中多重刺激響應的功能集成，依舊是一個重大挑戰(zhàn)，也是未來新型多功能智能可穿戴系統(tǒng)發(fā)展的重要機遇。

基于智能纖維多重刺激響應的功能集成這一需求，中科院氣凝膠團隊將石墨烯氣凝膠纖維、相變材料及超疏水涂層巧妙復合，得到一種柔性、自清潔的石墨烯氣凝膠智能相變纖維，實現(xiàn)了復合纖維的能源轉換與存儲、自清潔、智能調溫、加熱等多重刺激響應功能于一身。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，經化學還原-超臨界干燥等技術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，將有機相變材料（如石蠟、聚乙二醇、高級脂肪酸等）引入到氣凝膠纖維的多孔網(wǎng)絡結構中，獲得石墨烯氣凝膠相變復合纖維；最后在復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的相變焓值（0-186 J/g）、優(yōu)異的力學/電學性能、自清潔及多重刺激響應（光、電、溫度）的熱能轉換與存儲/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，分析并探究了復雜環(huán)境下的刺激響應行為：當纖維彎曲或打結時，纖維的電熱響應行為不受影響，當纖維集結成束時，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及更高的響應溫度；纖維織物在室溫及低溫環(huán)境下均具有光-熱響應行為，且隨著纖維織物的密集程度的增加，光熱響應具有更快、更高的溫度響應。進一步地，通過熱電偶及數(shù)據(jù)記錄儀，詳細分析了單根纖維、纖維織物的電熱、光熱響應歷程，并詳細研究了纖維種類（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、濕度及應力）對熱能捕獲及釋放的影響，實現(xiàn)智能織物的多溫度區(qū)間的熱能存儲、釋放及調溫功能（如圖1所示）。

圖1 、石墨烯氣凝膠智能纖維的多重刺激響應示意圖(a)、其編織圖案的光學照片(b, c,)與光-熱響應時的紅外照片(b1, c1)、及其智能織物（d內插圖）在光/電刺激響應下的熱能轉換與存儲/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合得到的石墨烯氣凝膠智能纖維實現(xiàn)了多重刺激響應下的多功能集成，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域具有廣闊應用前景。相關研究成果以“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（北京理工大學與中科院蘇州納米所聯(lián)合培養(yǎng)）為論文第一作者，張學同研究員為論文通訊作者，合作者包括澳門大學洪果教授，英國倫敦大學學院宋文輝教授。該論文工作在國家重點研發(fā)計劃（2016YFA0203301）、國家自然科學基金（51572285）、英國牛頓高級學者基金（NA170184）和江蘇省自然科學基金（BK20170428）的共同資助下完成。

（中國粉體網(wǎng)編輯整理/平安）