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仿蜘蛛丝结构的高性能导电水凝胶纤维

仿蜘蛛丝结构的高性能导电水凝胶纤维

弹性可拉伸导电纤维是制备可拉伸电子器件的关键材料。导电水凝胶具有一定的弹性和可拉伸性,但导电水凝胶中的高分子链通常处于无序排列的状态,这种无序结构限制了导电水凝胶材料的力学性能和导电性能。通过调控导电水凝胶中高分子链的排列和取向,从而制备出具有有序结构的导电水凝胶纤维,是制备弹性可拉伸导电纤维的一种新策略,并具有重要的应用价值。

 

仿蜘蛛丝结构的高性能导电水凝胶纤维

蜘蛛丝具有多层次的有序结构,从而表现出优异的力学性能。受蜘蛛丝的有序结构和纺丝方法的启发,中国科学技术大学马明明课题组通过凝胶纺丝的方法,实现了调控导电水凝胶中高分子链的排列和取向、制备出高性能导电水凝胶纤维的目标:在室温下由聚丙烯酸钠(PAAS)溶液直接纺丝得到水凝胶纤维,通过涂覆聚丙烯酸甲酯(PMA)防水层,形成具有核-壳结构的PMA-PAAS水凝胶纤维(MAPAH纤维)。在MAPAH纤维中,PAAS结晶区和非晶区共存并且可以快速可逆互变,使MAPAH纤维表现出优异的机械性能、导电性能以及抗冻性能。MAPAH纤维具有高拉伸强度(5.6 MPa)和大断裂伸长率(1200%),并且可以在大幅度拉伸后快速回复。PAAS水凝胶作为导电芯(电导率为2 S m-1),PMA层作为防水和绝缘涂层,使MAPAH纤维可以作为具有高可拉伸性的弹性导线。MAPAH纤维在-35 oC也能保持其可拉伸性和导电性,表现出优异的抗冻性能。作为一种高性能和低成本的弹性可拉伸导电水凝胶纤维,MAPAH纤维将可用于开发基于纺织材料的可拉伸电子器件。

 

仿蜘蛛丝结构的高性能导电水凝胶纤维

该成果发表在《自然·通讯》上(2018, 9, 3579. DOI: 10.1038/s41467-018-05904-zhttps://www.nature.com/articles/s41467-018-05904-z.

 

仿蜘蛛丝结构的高性能导电水凝胶纤维

仿蜘蛛丝结构的高性能导电水凝胶纤维

硕士毕业生赵雪和二年级博士生陈芳是文章的共同第一作者。该项研究工作得到了科技部重点研发计划和国家自然科学基金的资助。

转载自中科大官网

供稿丨深圳市清新电源研究院

部门丨媒体信息中心科技情报部

撰稿人丨清新电源

主编丨张哲旭

仿蜘蛛丝结构的高性能导电水凝胶纤维

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