科普專欄 / Information

Nature子刊:伸長率1200%,中國科大制備出仿蜘蛛絲高性能纖維!

受蜘蛛絲的有序結構和紡絲方法的啟發,中國科學技術大學馬明明課題組通過凝膠紡絲的方法,實現了調控導電水凝膠中高分子鍊的排列和取向、制備出高性能導電水凝膠纖維的目标:在室溫下由聚丙烯酸鈉(PAAS)溶液直接紡絲得到水凝膠纖維,通過塗覆聚丙烯酸甲酯(PMA)防水層,形成具有核-殼結構的PMA-PAAS水凝膠纖維(MAPAH纖維)。

彈性可拉伸導電纖維是制備可拉伸電子器件的關鍵材料。導電水凝膠具有一定的彈性和可拉伸性,但導電水凝膠中的高分子鍊通常處于無序排列的狀态,這種無序結構限制了導電水凝膠材料的力學性能和導電性能。通過調控導電水凝膠中高分子鍊的排列和取向,從而制備出具有有序結構的導電水凝膠纖維,是制備彈性可拉伸導電纖維的一種新策略,并具有重要的應用價值。

蜘蛛絲具有多層次的有序結構,從而表現出優異的力學性能。受蜘蛛絲的有序結構和紡絲方法的啟發,中國科學技術大學馬明明課題組通過凝膠紡絲的方法,實現了調控導電水凝膠中高分子鍊的排列和取向、制備出高性能導電水凝膠纖維的目标:在室溫下由聚丙烯酸鈉(PAAS)溶液直接紡絲得到水凝膠纖維,通過塗覆聚丙烯酸甲酯(PMA)防水層,形成具有核-殼結構的PMA-PAAS水凝膠纖維(MAPAH纖維)。

在MAPAH纖維中,PAAS結晶區和非晶區共存并且可以快速可逆互變,使MAPAH纖維表現出優異的機械性能、導電性能以及抗凍性能。MAPAH纖維具有高拉伸強度(5.6 MPa)和大斷裂伸長率(1200%),并且可以在大幅度拉伸後快速恢複。PAAS水凝膠作為導電芯(電導率為2 S m-1),PMA層作為防水和絕緣塗層,使MAPAH纖維可以作為具有高可拉伸性的彈性導線。MAPAH纖維在-35℃也能保持其可拉伸性和導電性,表現出優異的抗凍性能。作為一種高性能和低成本的彈性可拉伸導電水凝膠纖維,MAPAH纖維将可用于開發基于紡織材料的可拉伸電子器件。

該成果發表在《自然-通訊》上,碩士畢業生趙雪和二年級博士生陳芳是文章的共同第一作者。該項研究工作得到科技部重點研發計劃和國家自然科學基金的資助。

來源:中國科學技術大學

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