可拉伸、可集成熱電納米纖維紗線可用于運動優化

近日，東華大學覃小紅教授和王黎明教授提出了一種將凝固浴靜電紡絲和自組裝策略相結合的先進制備方法，以高效、連續地制備具有高拉伸性能和高縫合性的CNT/PEDOT∶PSS熱電納米纖維紗線。在紡絲過程中，由于非溶劑誘導的相分離和自組裝效應，使得大量的CNT/PEDOT∶PSS負載在每根納米纖維上。結果表明，熱電納米纖維紗線的塞貝克系數達到了44μV/K，拉伸性能達到了約350%。經加捻、彎曲及1200次彎曲后，紗線具有良好的機械穩定性，熱電性能穩定。

據研究人員介紹，凝固浴靜電紡絲裝置采用玻璃浴作為接收裝置，其中含有CNT/PEDOT∶PSS的分散體，不同于傳統的筒式和板式接收裝置。靜電紡絲制備聚氨酯（PU）納米纖維紗時，最常用的凝固浴溶液是水，為了使納米纖維順利沉積在凝固浴中，將針距接收浴的距離調整為3～5cm。將含有0.5% wt 聚乙烯亞胺（PEI）的PU紡絲液擠壓后，在前針上施加高壓，紡絲液中的DMF開始揮發，然后將納米纖維收集到凝固浴中。一旦納米纖維到達凝固浴，在殘留的DMF和凝固浴中的水之間會發生非溶劑誘導的相分離，因此，CNTs沉積在每根納米纖維上。此外，PEI是陽離子聚合物，PSS是陰離子聚合物，在浴液中具有獨特的自組裝效果，而PEDOT是通過吸附在PSS長鏈上組裝成熱電納米纖維紗，然后將制備好的納米纖維在末端旋轉筒的張力下捆扎成納米線。

由于熱電材料是裝入紗線內部而不是簡單地涂覆在紗線表面，因此它表現出優異的機械穩定性。基于熱電效應和紗線的可縫合性，將其集成到手套和口罩中，可用于自供電模式下的冷熱源識別和人體呼吸監測。此外，由該種紗線組成的自供電應變傳感器可以顯示不同應變下相應的溫度電壓變化，可用于優化籃球運動員的命中率。這些獨特的特性使得熱電納米纖維紗在可穿戴發電機、呼吸監測、運動優化等智能可穿戴領域具有廣闊的前景。