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一种充满电极的弹性纤维,将彻底改变智能服装
发布:s0208_2016   时间:2018/7/12 16:37:21   阅读:139 
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超弹性,多材料,高性能的纤维。
来源:Alban Kakulya/2018年EPFL
 
这是一种思考传感器的全新方式。这种由EPFL开发的微小纤维是由弹性体制成,并且可以结合电极和纳米复合聚合物材料。这些纤维甚至可以探测极其轻微的压力和拉力,并且,能够在恢复初始形状之前,承受接近500%的变形。该纤维的所有这些优点能够让它非常完美的应用到智能服装、假肢和为机器人制造人工神经方面。
 
这些纤维是在EPFL的光子材料和光纤设备(FIMAP)实验室开发出来的,该实验室由工程学院的Fabien Sorin领导。科学家们想出了一种快速简便的方法,这种方法可以把不同种类的微结构嵌入到超弹性纤维中。例如,通过在战略位置添加电极,他们把这些纤维转变成灵敏的传感器。更重要的是,他们的这种方法可以在很短的时间内产生数百米长的纤维。他们的研究刚刚已经发表在《Advanced Materials》期刊上。
 
加热,然后拉伸
为了制造他们的纤维,科学家们使用了一种热拉伸工艺,该工艺是光纤制造的标准方法。他们首先创建了一种宏观的预成型,其中包含了各种精心设计的3D模式纤维组件。随后,他们对预成型进行加热,像融化塑料一样,将这些纤维的直径拉伸至几百微米。并且,利用该工艺进行组元纵向拉伸模式的同时,它也在横向收缩,这也意味着组件的相对位置保持不变。最终形成一组微结构极其复杂和性能极好的纤维。
 
目前为止,热拉伸只能用于制造刚性纤维。但是,Sorin和他的团队用它来制造弹性纤维。借助一种新的选择材料的标准,他们能够识别出一些热塑性弹性体,这些热塑性弹性体在加热时会有很高的粘度。这些纤维被拉伸之后,它们可以发生拉伸变形,但它们总是回到原来的形状。
 
像复合纳米聚合物、金属和热塑性塑料这样的刚性材料可以被引入到纤维中,以及易变形的液态金属也可以。
“比如,我们可以在纤维的顶部添加三根电极,在底部添加另外一根。不同的电极会根据作用在纤维上压力的方式产生触动。这将导致电极传输一个信号,然后可以读取这些信号,以确定纤维在承受何种类型的压力——例如压应力或剪切应力,”Sorin说。
 
机器人的人工神经
 通过与奥利弗布罗克博士(柏林技术大学的机器人和生物实验室)合作,科学家们将他们的纤维作为人工神经整合到机器人的手指中。每当手指接触到东西时,纤维中的电极就会传输有关机器人与环境的触觉互动信息。
该研究小组还测试了将他们的纤维添加到网状线衣中,用来探测压缩和拉伸。“比如,我们的技术可以用来开发一种直接集成到服装中的触控键盘,”Sorin说。
 
研究人员看到了许多其他的潜在应用。尤其,由于热拉伸过程可以很容易地进行调整,来实现大规模生产。这对制造业来说是一个真正的利好。纺织行业已经对这项新技术表示了兴趣,并且已经提交了专利。
 
来源:由 Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne提供
注意:内容或许根据样式和长度进行了编辑。
译自:sciencedaily
译者:iron-man
 
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