石墨烯氣凝膠智能相變纖維研發成功

能否實現智能纖維在面對復雜環境及人機交互中多重刺激響應的功能集成，是未來新型多功能智能可穿戴系統發展的重要機遇。基于此，中科院氣凝膠團隊將石墨烯氣凝膠纖維、相變材料及超疏水涂層巧妙復合，得到一種柔性、自清潔的石墨烯氣凝膠智能相變纖維，實現了復合纖維的能源轉換與存儲、自清潔、智能調溫、加熱等多重刺激響應功能于一身。

具體制備工藝如下：首先通過濕法紡絲工藝，將氧化石墨烯液晶紡入特定凝固浴中，經化學還原—超臨界干燥等技術手段制備得到具有規整、連續、多孔的石墨烯氣凝膠纖維；然后通過浸漬填充，將有機相變材料（如石蠟、聚乙二醇、高級脂肪酸等）引入到氣凝膠纖維的多孔網絡結構中，獲得石墨烯氣凝膠相變復合纖維；最后在復合纖維上包裹氟碳疏水涂層，獲得具有自清潔功能、多重刺激響應行為的柔性石墨烯氣凝膠智能纖維。

研究表明，這種新型的智能纖維具有可調的相變焓值（0 J/g ～186 J/g）、優異的力學/電學性能、自清潔及多重刺激響應（光、電、溫度）的熱能轉換與存儲/釋放功能，且纖維可被加捻、編織。針對單根纖維、纖維束及織物等形式，分析并探究了復雜環境下的刺激響應行為：當纖維彎曲或打結時，纖維的電熱響應行為不受影響，當纖維集結成束時，纖維之間發生熱交換，能夠減少纖維向環境的熱流失，從而表現出更為快速的電熱響應及更高的響應溫度；纖維織物在室溫及低溫環境下均具有光-熱響應行為，且隨著纖維織物的密集程度的增加，光熱響應具有更快、更高的溫度響應。

進一步地，該研究團隊通過熱電偶及數據記錄儀，詳細分析了單根纖維、纖維織物的電熱、光熱響應歷程，并詳細研究了纖維種類（不同相變材料的纖維混編織物）、纖維織物的密集程度、外部環境（溫度、濕度及應力）對熱能捕獲及釋放的影響，實現智能織物的多溫度區間的熱能存儲、釋放及調溫功能。

通過石墨烯氣凝膠纖維、相變材料及氟碳樹脂巧妙復合得到的石墨烯氣凝膠智能纖維實現了多重刺激響應下的多功能集成，且可再現于纖維加捻而成的紗線及編織成的織物之中，在新一代智能可穿戴織物及便攜式電子器件領域具有廣闊的應用前景。相關研究成果已在線發表在國際著名雜志《Advanced Materials》上。