【摘 要】
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随着智能纺织品的不断发展,传统的刚性变色导电材料已无法满足现阶段对于材料柔性的要求。人们希望变色材料具有更加广泛的适用性,而不仅是处于特定条件下（水、光、磁等）才能改变颜色。其中,电致变色材料虽可通过调节电流或者电压来控制颜色变化,但由于复杂的结构、电解质的泄露以及电极力学稳定性差等问题限制了其在柔性导电材料领域的应用。相比之下,结构简单及可设计性强的电热致变色材料更容易满足对于材料柔性的要求。采
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随着智能纺织品的不断发展,传统的刚性变色导电材料已无法满足现阶段对于材料柔性的要求。人们希望变色材料具有更加广泛的适用性,而不仅是处于特定条件下（水、光、磁等）才能改变颜色。其中,电致变色材料虽可通过调节电流或者电压来控制颜色变化,但由于复杂的结构、电解质的泄露以及电极力学稳定性差等问题限制了其在柔性导电材料领域的应用。相比之下,结构简单及可设计性强的电热致变色材料更容易满足对于材料柔性的要求。采用同轴湿法纺丝制得电热变色聚氨酯导电纤维,并探究其力学性能及导电性。在分析其电热性能及电热变色性能的同时,也分别对所制备得到的电热变色导电纤维在传感及应变不敏感等方向的应用潜力进行了探索,丰富了电热变色导电纤维的功能,拓宽了其在柔性导电变色材料领域的应用。银纳米颗粒（AgNPs）与可拉伸热塑性聚氨酯基材（TPU）进行复合,采用湿法纺丝的方法制得热塑性聚氨酯纤维（TPU纺丝液的质量分数为25wt%）,然后浸渍20 g/L三氟乙酸银溶液并还原。银纳米颗粒/聚氨酯导电纤维（AgNPs/TPU导电纤维）电阻为10.79Ω/cm,在电子显微镜下可观察到AgNPs紧密附着在导电纤维的表面与内部;纤维抗拉伸强度为5.14 MPa,断裂伸长率为576.18%。AgNPs/TPU导电纤维在拉伸时电阻可产生相对应的变化,在10%、20%、30%、40%及50%拉伸应变时该纤维电阻变化率分别为1.81、3.28、13.62、31.26及87.02,将拉伸应变信号稳定转化为电阻变化的电信号,在600次10%的循环拉伸情况下电阻变化率在200%左右,可应用于应变传感领域。为了改善AgNPs/TPU导电纤维的导电性,进一步优化电热性能并赋予纤维良好的电热变色效果。以聚氨酯（TPU）为内层,还原氧化石墨烯/聚氨酯（r GO/TPU）与AgNPs为中间导电层,形成一个良好的双重导电通路。在外部浸渍涂覆一层致密的热变色层,可利用内部导电层产生的焦耳热作为热源,使其具有可逆的电热变色性能。可电热变色的银纳米颗粒/r GO/聚氨酯导电纤维（电热变色AgNPs/r GO/TPU导电纤维）电阻为0.63Ω/cm并且在施加电压0.5 V时,表面温度可迅速达到39.81℃。其中,外部热致变色层也增强了纤维的抗拉伸强度（4.95 MPa）和断裂伸长率（358.61%）。同时,在通电情况下电热变色AgNPs/r GO/TPU导电纤维于2 s内迅速由绿色变为黄色,随着外加电压的关闭,纤维颜色逐渐恢复至绿色,也可通过改变施加电压的大小来人为调控纤维的电热变色属性,在200次的变色循环下仍具备良好的耐久性,而且其变色的颜色可根据需要进行调整与替换。总之,该电热变色导电纤维在各个方面良好的性能表现大大增加了柔性电热变色电子器件的应用潜力。为了简化浸渍还原多次所带来的复杂工艺,以液态金属（LM）/聚氨酯（TPU）纺丝液为内层,热致变色聚氨酯（TPU）纺丝液为外层,采用同轴湿法纺丝的方法直接制得可电热变色的液态金属/聚氨酯导电纤维（电热变色LM/TPU导电纤维）。采用“液氮冷冻+循环拉伸”的方法对LM/TPU导电纤维的导电性进行激活,激活后LM/TPU导电纤维的电阻为2.04Ω/cm,当拉伸至原长的200%时,电阻变化率仅为7%,具备优异的导电性及电阻拉伸稳定性。LM/TPU导电纤维具备良好的力学性能,抗拉伸强度与断裂延伸率分别为0.96 MPa与1369.08%,有利于LM/TPU导电纤维更好地应用于智能导电纤维等领域。当电压达到0.4 V时,纤维表面温度可达38.08℃;当外加电压为0.8 V时,表面温度最高可达61.09℃,可根据实际需要更改外部热致变色层的电热变色属性。在纤维两端施加0.4 V的电压,纤维的面温度由29.58℃上升到38.08℃,纤维的颜色分别从橙色与绿色转变为黄色。综上所述,电热变色LM/TPU导电纤维优异的导电性、力学性能、电热耐久性及电热变色稳定性使其在智能可穿戴电热变色、可拉伸导体、焦耳加热领域有着广阔的发展前景。
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