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多尺度螺旋结构用于超弹性可拉伸导线及应变传感器

作者:苏业旺 2020-04-13 09:06 来源:
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  柔性可穿戴电子器件具有重量轻、变形能力强、易集成于穿戴衣物等特点,在医疗、健康、人机交互、软体机器人等方面有着广阔的应用前景。提高各种导体和传感器的变形能力,同时保证其优异的电学性能,一直是该领域前沿研究的焦点问题。 

  近日,中国科学院力学研究所非线性力学国家重点实验室柔性结构与器件力学课题组与北京航空航天大学研究团队深入合作,设计并制备了具有多尺度螺旋结构的、具有大变形能力、高稳定性的导电材料(碳纳米管CNTs/聚合物(聚氨酯PU)复合材料(如图所示)。该研究从理论和实验上证实了/纳米多尺度结构耦合作用对材料力学性能的增强效应。

图 具有多尺度缠绕互锁螺旋结构的碳纳米管(CNTs)/聚氨酯(PU)纤维

  论文中,研究者在取向的PU纳米纤维基底上均匀喷涂CNTs分散液,通过加捻至过捻状态,得到了具有多尺度螺旋结构的CNTs/PU纤维。CNTs在加捻过程中紧密包覆于纤维内部,形成三明治状的CNTs/PU复合结构,极大提升了材料的结构稳定性。涂覆的CNTs提升了材料的力学强度,且在多级结构的协同作用下,螺旋纤维可拉伸至自身17倍。由于其具有的超可拉伸性能,制备成本低,普适性强,可编织等优点,可应用于柔性机器人、大应变传感器件及智能可穿戴织物等领域。 

  该工作近期在ACS Nano期刊上发表(ACS Nano 2020, 14, 3442),中国科学院力学研究所苏业旺研究员、北京航空航天大学赵勇教授和王女副教授为共同通讯作者。该工作获得了自然科学基金委等方面的支持。 

 

 

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