智能穿戴材料技术革新可拉伸电热致变色纤维介绍

智能可拉伸纤维状器件在近15年来发展迅速，不仅仅是因为它们良好的器件可设计性，而且其独特的一维结构很容易和织物结合并有望在智能可穿戴设备领域实现广泛的应用。然而通过简单的方法制备颜色可控、响应迅速的可拉伸变色纤维仍然是一个挑战。

【成果简介】

近日，东华大学王宏志教授领衔的AFMG课题组采用双层结构的包芯纱（DCYs）作为可拉伸弹性基体，通过简单的浸涂法依次制备了化学还原石墨烯（RGO）-TiO2导电层、PDMS保护层和热致变色油墨层（图1）。这种多层结构设计保证了纤维在弯曲、扭曲以及拉伸等形变条件下纤维的拉伸以及变色稳定性。（Journal of Materials Chemistry C， 2017， DOI： 10.1039/C7TC02471A）

【图文导读】

图1.可拉伸电热致变色纤维的结构示意图（a）、断面SEM（b）以及制备流程图（c）。标尺：300 μm

纤维导电层电阻率达到0.02 Ω·m，通过热致变色油墨的调配和选择，即可实现多彩的拉伸变色。纤维能在两种不同的变色机制下实现两种颜色的变化（黑色到绿色）或者三种颜色的变化（红色到蓝色到白色等）。对于拉伸/释放转变机制（图2），在恒定电流下，随着拉伸程度的增大，纤维电阻增加，焦耳热产热增大，使颜色根据温度发生智能变化，即视觉传感。

图2. （a-b）在142 mA/cm的电流密度下，可拉伸电热致变色纤维在拉伸过程中的数码照片以及红外热成像照片；（c）可拉伸电热致变色纤维在不同的拉伸下的反射光谱；（d）在142 mA/cm的电流密度下，电热致变色纤维表面温度以及相应的相对反射率（505 nm）与拉伸程度的关系；（e）在142 mA/cm的电流密度下，电热致变色纤维在拉伸/回复循环过程中相对反射率（505 nm）与不同拉伸程度的关系；（f）电热致变色纤维在不同电流密度下的反射光谱；（g）在284 mA/cm的电流密度下，电热致变色纤维的从黑色变为绿色的电流开关原位响应曲线。

对于电流转换机制，所制备纤维在较大电流下能直接实现颜色的变化（图3）。

这类可拉伸电热致变色纤维能够与传统的针织、或者编织工艺相结合，为纤维的功能化智能化以及可穿戴领域的发展提供一种新的并且十分有效的方案。