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      一種用氣流輔助靜電紡絲法研發的能阻燃會報警的電子皮膚

      來源:紡織導報 | 作者:紡織導報 | 時間:2021-09-02 10:13:15 | 訂閱《東方紡織》周刊

      隨著科學技術的發展,智能紡織品越來越受到人們的關注。電子皮膚作為智能紡織品的組成部分之一,也成為眾多研究者的研究熱點。納米纖維材料因具有結構設計性強、超薄靈活、透氣性好等特點,在電子皮膚領域表現出良好的應用前景。作為制備納米纖維材料常用的方法之一,靜電紡絲法雖然簡單易操作,但也存在著產量過低以及材料環保性能差等問題。

      氣流輔助靜電紡絲與一般靜電紡絲方法不同的是,該方法受溶液導電性影響較小,可實現高鹽離子含量聚合物的紡絲,且對纖維聚集體的結構具有較好的操控性,其紡絲效率通常可達到普通靜電紡絲的5~10倍。

      基于此,上海科技大學凌盛杰教授和塔夫茨大學(Tufts University)大學、東北林業大學教授合作,以天然絲素蛋白與石墨烯為原材料,通過采用高效的氣流輔助靜電紡絲方法制備出了由絲素蛋白納米纖維離子導體和石墨烯片共同構成的多級結構電子皮膚,該電子皮膚具有優異的阻燃效應和火情預警功能。

      氣流輔助式靜電紡絲方法所制備的電子皮膚具有良好的力學性能和可拉伸性能,且其具有濕度響應的自黏附性能,可貼附于各種物體表面,如纖維素紙、PET板、木頭等,顯示出很好的黏附牢度。同時,基于研究組之前對絲蛋白基離子導體防火功能的研發工作,該納米纖維離子導體皮膚同樣具有良好的阻燃特性。

      與普通的阻燃材料不同,這類電子皮膚具有良好的溫濕度變化響應性。將其接入電信號測試系統,在遇明火接觸時,能有效阻止火焰蔓延、迅速且穩定傳遞出特征信號,從而達到防護與預警同步的功能。由此開發的一套具有本地-云端-移動終端聯動的火情預警系統中,材料可在接觸火焰后2s內迅速觸發報警機制,實現三終端同時報警的功能。此外,可將所制備的電子皮膚集成于機器人手部,在遇到火情刺激時激發機器人的自我保護機制,使其做出撤手等一系列規避危險的動作。

      2020年,凌盛杰教授就以天然絲素蛋白(SF)和鈣離子為原料,通過不同的合成策略,制備出一種透明、可拉伸、可自修復、高生物安全性、可阻燃且導電的離子皮膚材料SFCIS,并開發了一種在極端條件(火災)下可以通過無線信號傳遞預警信息的報警系統。SFCIS制備方法簡單,可大規模應用生產。

      相關工作補充了近年來可穿戴設備在防火安全性研究中的欠缺,并為人工皮膚的設計提供了新的靈感。文章以“Electro-Blown Spun Silk/Graphene Nano-Ionotronic Skin for Multifunctional Fire Protection and Alarm”為題,發表在Advanced Materials上。

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      責任編輯:任萍

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