一种新型变色、变形面料对热和电有响应

这种新材料有一天可以编织进智能服装和其他产品中。
Blue interwoven smart fabric threads
这种同类首创的材料同时对温度和电做出反应。滑铁卢大学

想象一下,穿上一件在大冬天走在寒冷街头之前会主动给你升温的外套,或者穿上在玩 VR 电子游戏时可以模拟触感和改变形态的智能手套。这两种配饰比以往任何时候都更接近现实,并且可以使用同一种、同类首创的智能材料制造。

由滑铁卢大学的研究人员设计,并在最近发表在Nano-Micro Small 杂志上的一篇论文中详细介绍的新面料,被誉为世界上第一种能够对两种外部影响——在此案例中,是热量和电——做出反应的刺激响应材料 (SRM)。通过这样做,这种新型 SMP 不仅可以改变颜色和形状,还可以在移除刺激后恢复到原始形态。在下面的视频中观看该材料的实际应用:

为了实现他们的突破,研究人员使用了一种类似于传统织机的设备,制造了一种由细小的、相互编织的可回收塑料聚合物和不锈钢线组成的织物。与以前类似的材料相比,新织物通过较低的电压激活,因此成本更低,能效更高。根据研究人员的论文,较低的电压可以使该材料最终集成到更小、更便携的设备中,如生物医学工具和环境传感器。

由于其便利性和简单性,温度敏感性是研究形状和颜色变化智能材料时最常用的刺激之一。然而,正如团队在他们的论文中所解释的那样,精确的刺激通常极其困难。使他们的新 SRM 对电做出反应,从而可以通过远程控制实现更局部的响应。

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为了赋予新面料变色能力,将含有热致变色微胶囊 (TMC) 的额外线与导电不锈钢线一起编织。加热时,TMC 的外壳会变得半透明,露出其内部颜色。一旦冷却,外壳会再次变得不透明,从而恢复其原始外部色调。

“上述特性使这种面料成为可穿戴设备、纺织品、传感、防伪、人体尺度矫形器以及仿生应用领域的杰出候选材料,”研究人员在他们的研究结果中声称。为了展示后者的潜力,该团队甚至通过对智能面料施加热量和电荷,构建了一个可爱的蜻蜓形状。

Illustrations of smart material step-by-step transition to mimic dragonfly shape
图片来源:滑铁卢大学

“通过感知和响应温度等环境刺激的能力,这证明了我们的新材料可以与环境互动,在不损坏它们的情况下监测生态系统,”化学工程教授兼论文合著者 Milad Kamkar 说。

 

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Andrew Paul

特约撰稿人

Andrew Paul 是 Popular Science 的特约撰稿人。


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