一种用于智能纺织品和可穿戴设备的软功能纤维纺丝技术

近年来，材料科学家一直在努力开发可用于制造新电子产品的柔软和柔性纤维。例如，这些纤维可用于制造智能传感服装、能源解决方案和可穿戴生物识别设备。

新加坡国立大学、加州大学洛杉矶分校(UCLA)和中国南京大学的研究人员最近推出了一种制造具有电子特性的软纺织品的新方法。这种方法在Nature Electronics中引入，其灵感来自蜘蛛纺出用于织网的丝线的过程。

“软纤维可用于制造用于能源，传感和治疗应用的智能纺织品，”Songlin Zhang，Yihao Zhou及其同事在他们的论文中写道。“然而，与二维薄膜和三维单片的制造相比，功能性纤维的制造是困难的，目前的方法通常需要高温，大量溶剂或复杂的系统。我们报告了一种制造功能性纤维的纺纱方法，该方法基于自发相分离，并受到蜘蛛丝纺工艺的启发。

Zhang，Zhou和他们的同事首先生产了一种含有聚丙烯腈(PAN)和溶解在二甲基甲酰胺(DMF)中的银离子的溶液。由于该解决方案中的银基复合物(该团队将其称为PANSion)，增强了用于纺丝纤维的涂料，使其能够在环境温度和压力下纺丝。

这是一个显着的成就，因为许多以前提出的纺丝功能纤维的方法需要高压和热加热。因此，研究人员提出的纺纱工艺更容易在更大范围内实施，因为它具有更少的环境要求和消耗更少的能量。

溶液中的银离子被还原为银纳米颗粒(AGNP)，这也允许纺丝纺织品导电。因此，由此产生的纤维对于制造智能纺织品、薄能源设备甚至可穿戴传感器非常有价值。

最终，当研究人员的溶液被纺成纤维时，它会经历自发的液固相变，这是由暴露在空气和湿度中引起的。发生这种情况的过程称为非溶剂气相分离(NVIPS)。

“通过创建聚丙烯腈和银离子的纺丝溶液来模拟丝纺过程，该溶液形成具有银配位配合物和原位还原银纳米颗粒的弹性超分子网络，”张，周和他们的同事在他们的论文中写道。“这种方法在环境压力和温度下运行，可用于制造柔软的功能性纤维，这些纤维具有机械可拉伸性(超过500%应变)，强度(超过6 MPa)和导电性(约1.82 S m)。−1)."

为了证明他们的纺纱技术的可行性，张，周和他们的同事创造了纤维，然后他们用它来制造两种不同的设备，即感应手套和智能口罩。为了制造传感手套，他们使用商业生产的手套作为基材，并在上面播种他们的PAN-Sion纺丝纤维。这种智能手套在弯曲或接近冷暖表面时会检测到电阻的变化，然后将其转换为可以传输到数字设备的信号。

另一方面，研究人员创建的传感掩模是通过将PANSion纺丝纤维缝合到过滤层上而创建的。当佩戴此面罩的用户吸气和呼气时，会产生阻力变化，这些变化也可以转化为信号，从而能够监测佩戴者的呼吸。

未来，张、周和他们的同事创造的光纤可用于创造广泛的其他设备和可穿戴技术。此外，他们提出的纺丝技术及其基于的解决方案可以激发类似方法的开发，以创建具有电子特性的功能性纤维。

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