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力学所等制备出多尺度螺旋结构的导电材料聚合物复合材料

  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、软体机器人等领域具有应用前景。提高导体和传感器的变形能力,保证其优异的电学性能,是该领域研究的重点问题。

  中国科学院力学研究所非线性力学国家重点实验室柔性材料、结构与器件力学课题组与北京航空航天大学合作,设计并制备出具有多尺度螺旋结构、大变形能力以及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。该研究从理论和实验上证实微/纳米多尺度结构耦合作用对材料力学性能的增强效应。

  研究人员在取向的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,得到具有多尺度螺旋结构的CNTs/PU纤维。CNTs在加捻过程中包覆于纤维内部,形成三明治状的CNTs/PU复合结构,提升材料的结构稳定性。涂覆的CNTs提升材料的力学强度,且在多级结构的协同作用下,螺旋纤维可拉伸至自身17倍。因其超可拉伸性能、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。

  相关研究成果发表在ACS Nano上(ACS Nano 2020,14,3442),力学所研究员苏业旺、北京航空航天大学教授赵勇和副教授王女为论文共同通讯作者。研究工作获得国家自然科学基金委等的支持。

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


研究团队单位:力学研究所

分类标签:科学进展  

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