智能和功能纖維在包括可穿戴設(shè)備和其他高科技領(lǐng)域在內(nèi)的廣泛應(yīng)用中顯示出巨大的潛力，但設(shè)計和制造具有可管理結(jié)構(gòu)和多功能功能的智能纖維仍然是一個巨大的挑戰(zhàn)。最近，中國科學(xué)院蘇州納米技術(shù)與納米仿生研究所科研團隊開發(fā)了一種巧妙的彎曲剛度導(dǎo)向策略，以制造具有不同彎曲剛度的智能相變纖維，適用于各種應(yīng)用。具體而言，以疏水性凱夫拉氣凝膠纖維（H-KAFs）為多孔主體，石蠟為功能客體，制備了疏水性凱夫拉氣凝膠封閉石蠟纖維（PW@H-KAF），其中H-KAF由應(yīng)用兩步法使用含有乙醇和正溴丁烷混合物的特殊凝固浴對 Kevlar 納米纖維 (KNF) 進行功能化。制備的 PW@H-KAFs 具有高潛熱（135.1-172 J/g）、出色的熱循環(huán)穩(wěn)定性和令人滿意的機械性能（拉伸強度為 30 MPa，拉伸應(yīng)變?yōu)?30%）。
此外，即使在石蠟固態(tài)下，具有彎曲剛度的 PW@H-KAFs 也低于臨界值（1.22 × 10–9 N·m2），表現(xiàn)出高柔韌性、可清洗性能和高熱管理能力，表明智能調(diào)溫面料的巨大潛力。PW@H-KAFs 的彎曲剛度高于固態(tài)石蠟的臨界剛度，可用作形狀記憶材料，這歸因于相變引起的剛性和柔韌性之間的轉(zhuǎn)變。作為概念驗證，基于 PW@H-KAF（直徑 400 μm）設(shè)計了一種動態(tài)抓手，用于通過在剛性狀態(tài)下抓取并在柔性狀態(tài)下釋放來運輸物品。這項工作通過彎曲剛度導(dǎo)向方法實現(xiàn)了 PW@H-KAFs 的多功能應(yīng)用，為相變復(fù)合材料的應(yīng)用提供了思路。
示意圖 1. 凱夫拉纖維的示意圖制造和根據(jù)彎曲剛度的應(yīng)用
圖 4. 具有大直徑和高彎曲剛度的 PW@H-KAF 的特征和性能。
相關(guān)論文以題為Bending Stiffness-Directed Fabricating of Kevlar Aerogel-Confined Organic Phase-Change Fibers發(fā)表在《ACS Nano》上。通訊作者是中國科學(xué)院蘇州納米技術(shù)與納米仿生研究所張學(xué)同研究員。
