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Advanced Materials:液晶复合纤维制备可穿戴传感器的研究

2019-07-02 09:41      点击:

  近日,江南大学纺织服装学院付少海团队在国际权威期刊Advanced Materials上发表了题为“Responsive Liquid-Crystal-Clad Fibers for Advanced Textiles and Wearable Sensors”的学术论文(Advanced Materials,2019,21.95)。论文将纤维通过液晶微胶囊分散体、聚合物溶液制备了对外界刺激具有响应性的液晶复合纤维,其中纤维提供力学强度,液晶小分子作为响应性涂层,高聚物对涂层起稳定作用。与以往液晶芯纤维相比,该技术制备响应性液晶复合纤维方法简便,可控程度更高,对于制备新型的可穿戴柔性智能显示材料具有重要的启发意义。

  液晶具有响应速度快,在智能显示、变色等方面具有非常好的应用前景。然而,由于液晶具有流动性,常被灌注在液晶盒子中应用于电视、电脑、手机和平板等电子器件中,极大的限制了液晶在可穿戴柔性智能显示材料领域的应用。过去研究者利用静电纺丝或喷绘等技术制备以液晶为芯材的响应性纤维,该技术局限性是所得液晶芯直径往往不超过10mm,力学强度差,响应效果不理想,且这类纤维十分脆弱而无法编织。

  付少海教授团队提出一种简便制备具有复杂结构的响应性纤维的方法,通过液晶微胶囊化、控制溶剂蒸发速度,聚合物经过固化和相分离等过程,将液晶材料包封在纤维表面。该方法对于现有商用纤维具有普适性,操作简便,能耗低,可连续生产。将该响应性纤维进行编织可得到一系列可穿戴传感器,实现自动检测皮肤异常的温度变化,以尽早发现某些疾病。

  该论文第一作者江南大学纺织服装学院2015级博士生关玉,通信作者为付少海教授和美国肯特州立大学的John L.West教授。该研究得到了高等学校学科创新引智计划(17021),国家留学基金委(201806790047)和轻工技术与工程一流学科(LITE2018-21)的支持。

图1 a)响应性液晶纤维的制备工艺;b)响应性液晶纤维的SEM图;c)响应液晶纤维横截面示意图;d)响应性液晶纤维与静电纺丝纤维的形貌对比图

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图2 响应性液晶纤维编织而成的织物,其颜色随温度和观察角度发生变化