可拉伸、可集成热电纳米纤维纱线可用于运动优化

近日，东华大学覃小红教授和王黎明教授提出了一种将凝固浴静电纺丝和自组装策略相结合的先进制备方法，以高效、连续地制备具有高拉伸性能和高缝合性的CNT/PEDOT∶PSS热电纳米纤维纱线。在纺丝过程中，由于非溶剂诱导的相分离和自组装效应，使得大量的CNT/PEDOT∶PSS负载在每根纳米纤维上。结果表明，热电纳米纤维纱线的塞贝克系数达到了44μV/K，拉伸性能达到了约350%。经加捻、弯曲及1200次弯曲后，纱线具有良好的机械稳定性，热电性能稳定。

据研究人员介绍，凝固浴静电纺丝装置采用玻璃浴作为接收装置，其中含有CNT/PEDOT∶PSS的分散体，不同于传统的筒式和板式接收装置。静电纺丝制备聚氨酯（PU）纳米纤维纱时，最常用的凝固浴溶液是水，为了使纳米纤维顺利沉积在凝固浴中，将针距接收浴的距离调整为3～5cm。将含有0.5% wt 聚乙烯亚胺（PEI）的PU纺丝液挤压后，在前针上施加高压，纺丝液中的DMF开始挥发，然后将纳米纤维收集到凝固浴中。一旦纳米纤维到达凝固浴，在残留的DMF和凝固浴中的水之间会发生非溶剂诱导的相分离，因此，CNTs沉积在每根纳米纤维上。此外，PEI是阳离子聚合物，PSS是阴离子聚合物，在浴液中具有独特的自组装效果，而PEDOT是通过吸附在PSS长链上组装成热电纳米纤维纱，然后将制备好的纳米纤维在末端旋转筒的张力下捆扎成纳米线。

由于热电材料是装入纱线内部而不是简单地涂覆在纱线表面，因此它表现出优异的机械稳定性。基于热电效应和纱线的可缝合性，将其集成到手套和口罩中，可用于自供电模式下的冷热源识别和人体呼吸监测。此外，由该种纱线组成的自供电应变传感器可以显示不同应变下相应的温度电压变化，可用于优化篮球运动员的命中率。这些独特的特性使得热电纳米纤维纱在可穿戴发电机、呼吸监测、运动优化等智能可穿戴领域具有广阔的前景。