《自然·通訊》中國科大馬明明教授成功製備仿蜘蛛絲結構的高性能導電水凝膠纖維

2021-03-01 高分子科學前沿

彈性可拉伸導電纖維是製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鏈通常處於無序排列的狀態，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鏈的排列和取向，從而製備出具有有序結構的導電水凝膠纖維，是製備彈性可拉伸導電纖維的一種新策略，並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鏈的排列和取向、製備出高性能導電水凝膠纖維的目標：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並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％），並且可以在大幅度拉伸後快速回復。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纖維將可用於開發基於紡織材料的可拉伸電子器件。

該成果發表在《自然·通訊》上（2018, 9, 3579. DOI: 10.1038/s41467-018-05904-z）,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。該項研究工作得到了科技部重點研發計劃和國家自然科學基金的資助。

原文連結：

https://www.nature.com/articles/s41467-018-05904-z

來源：中國科大新聞網

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