一種嵌入電極的超靈敏、超彈性纖維

近日，F(xiàn)abien Sorin領(lǐng)導(dǎo)下的EPFL的光子材料和纖維設(shè)備實(shí)驗(yàn)室（FIMAP）提出了一種制備柔性傳感器的新思路。科學(xué)家們開(kāi)發(fā)了一種可以快速簡(jiǎn)便地將不同種類的微結(jié)構(gòu)嵌入超彈性纖維中的方法，從而由彈性體制成了其中包含電極和納米復(fù)合材料等的纖維。

這種纖維甚至可以檢測(cè)到最輕微的應(yīng)力與應(yīng)變，并且在承受接近500%的變形后仍能恢復(fù)初始形狀。通過(guò)在關(guān)鍵位置添加電極，可以將纖維變?yōu)槌`敏的傳感器。這使它們成為制造智能服裝和假肢的理想選擇，還可以為機(jī)器人制造人造神經(jīng)。更重要的是，這種方法可在短時(shí)間內(nèi)生產(chǎn)數(shù)百米的纖維。研究成果近日發(fā)表在Advanced Materials上。

科學(xué)家們使用了熱拉伸工藝來(lái)制備這種纖維，他們首先制造了一個(gè)宏觀的粗加工產(chǎn)品，其中各種各樣的纖維組件排列在一個(gè)精心設(shè)計(jì)的3D模具中，然后加熱并拉伸，像熔化的塑料一樣，制成直徑數(shù)百微米的纖維。雖然拉伸延長(zhǎng)了縱向長(zhǎng)度，但也發(fā)生了橫向收縮，這意味著部件的相對(duì)位置保持不變，最終得到具有極其復(fù)雜微結(jié)構(gòu)的高性能纖維。

一直以來(lái)，熱拉伸都只能用于制造剛性纖維。但Sorin和他的團(tuán)隊(duì)使用這種技術(shù)生產(chǎn)了彈性纖維。在選材新標(biāo)準(zhǔn)的幫助下，他們能夠確定一些加熱后具有高黏度的熱塑性彈性體。纖維被拉伸后會(huì)發(fā)生拉伸變形，但最終總能恢復(fù)到原來(lái)的形狀。

納米復(fù)合材料聚合物、金屬和熱塑性塑料等剛性材料可以引入纖維中。Sorin表示：“例如，我們可以在纖維的頂部添加三個(gè)電極串，在底部添加一個(gè)電極串。不同的電極會(huì)根據(jù)施加到纖維上的壓力發(fā)生接觸，此時(shí)電極會(huì)發(fā)出一個(gè)信號(hào)，通過(guò)讀取該信號(hào)就可以確定纖維的受力類型，如壓縮應(yīng)力或剪切應(yīng)力。”

通過(guò)與柏林技術(shù)大學(xué)機(jī)器人與生物學(xué)實(shí)驗(yàn)室的Oliver Brock博士/教授合作，科學(xué)家將他們制造的纖維作為人造神經(jīng)集成到了機(jī)器人手指中。當(dāng)手指接觸到某物時(shí)，光纖中的電極便會(huì)傳輸有關(guān)機(jī)器人與環(huán)境的觸覺(jué)交互信息。研究團(tuán)隊(duì)還將纖維添加到了大網(wǎng)眼的衣物中，以檢測(cè)衣物所受到的壓縮和拉伸力。Sorin說(shuō)：“我們的技術(shù)可以用來(lái)開(kāi)發(fā)一種直接集成到衣物中的觸摸鍵盤(pán)。”

研究人員還看到了這種纖維在其他許多方面的應(yīng)用潛力，特別是由于熱拉伸工藝可以輕松進(jìn)行大規(guī)模生產(chǎn)。毫無(wú)疑問(wèn)，這對(duì)制造業(yè)來(lái)說(shuō)是一個(gè)好消息。該項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)提交了專利，并引起了來(lái)自紡織領(lǐng)域相關(guān)企業(yè)的濃厚興趣。（來(lái)源：新材料在線）