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NTU魏磊、浙大陈梦晓团队 Adv. Sci.:热拉制技术制备自愈合多功能纤维
2024-05-06  来源:高分子科技

  弹性可拉伸纤维器件因其高柔韧性、弹性、机械韧性和易于制造而备受关注。弹性可拉伸纤维的蓬勃发展弥补了传统二氧化硅纤维易碎并且应变有限的缺点,特别是应用于可穿戴纺织品和光机械传感应用时。弹性和可拉伸纤维受损后性能会减弱,受大自然的启发,自修复材料可以在损坏后恢复其物理性能。然而,自修复纤维的大规模生产目前受到限制。


  南洋理工大学魏磊教授和浙大生仪学院陈梦晓教授团队利用纤维热拉技术来制造弹性且可拉伸的自修复热塑性聚氨酯(STPU)纤维,从而能够高效大规模地生产此类功能纤维(图1。此外,尽管对自修复材料的机制进行了大量研究,但量化其愈合速度和时间仍然是一个持续的挑战。因此,该团队利用透射光谱作为监测工具来观察实时自愈过程,深入研究愈合动力学和效率(图3。所制造的自修复纤维能够掺杂多种功能材料,包括染料分子和磁性微粒,这使得模块化组装能够开发分布式应变传感器(图4和软执行器(图5。这项研究工作凸显了自修复纤维的潜在应用,它与日常生活无缝融合,并为各个行业开辟了新的可能性。该工作以“Self-Healable Multifunctional Fibers via Thermal Drawing”为题发表在《Adv. Sci.》上(Advanced science (DOI: (10.1002/advs.202400785)。文章第一作者是亓淼博士和刘雁婷博士。该研究得到国家自然科学基金委和新加坡教育部学术研究基金的支持。


1 预制棒-纤维热拉技术制备自愈纤维


2 制备的STPU纤维及其表面的自愈性能


3 光谱法实时监测自愈合过程


4 模块化组装亚甲基蓝和罗丹明590掺杂STPU光纤用于分布式应变传感


5 模块化组装磁性STPU软执行器


  该工作通过两步聚合反应合成了一种可拉伸热塑性弹性体STPU,并引入了二硫键,使其具有优异的自愈性能。利用合成的STPU进行热拉伸工艺制备STPU纤维,从而实现了多功能自愈纤维的批量生产。此外,实时监测STPU材料在自愈过程中的透射谱变化,可以研究其愈合速度,从而建立一种标准化的方法来监测和表征自愈材料。此外,通过掺杂染料分子制备了具有不同峰吸收的STPU纤维,在分布式应变传感器中有很好的应用前景。最后,利用STPU固有的自修复能力,允许构建具有各种几何结构的软磁致动器,以促进多功能运动。这项工作有望推动自愈材料的加工、表征和功能化。此外,通过结合自修复特性,本研究预计将延长软光纤器件的使用寿命,并扩大其在传感和软机器人等不同领域的应用。


  原文链接:https://doi.org/10.1002/advs.202400785

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(责任编辑:xu)
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