用于電致變色人工肌肉的無機半導體紗線

　　東華大學Materials Horizons：

　　無機半導體紗線半導體纖維在人機交互、能量轉化等方面的優勢吸引了可穿戴領域的廣泛關注。目前的半導體纖維以共軛聚合物材料為主，但其載流子遷移率和力學強度較低；無機半導體作為現代電子器件的基礎材料，本可成為半導體纖維的理想基元，但是無機半導體纖維尚缺乏連續化制備的手段，主要原因在于：（1）無機半導體基元之間的相互作用力較弱，相比聚合物材料低一至兩個數量級；（2）無機材料的脆性易導致纖維制備過程發生斷裂，無法完成連續化制備。受棉線紡紗工藝的啟發，東華大學材料科學與工程學院先進功能材料課題組（AFMG）的研究人員借助多相界面作用力，模仿棉線紡紗的梳棉、壓實和加捻工藝，開發了無機半導體納米晶體材料的連續化取向、組裝和加捻新方法，實現了無機半導體紗線的連續化制備。研究人員同時提出以高長徑比的納米帶為結構單元，強化基元相互作用力，提升了半導體紗線的強度。此外，基于雙電層吸/脫附和離子晶格脫嵌耦合機制，構筑了基于無機半導體紗線的電致變色人工肌肉。

　　制備流程借鑒棉線的工藝與命名，多束有序排列的一維基元組成的連續化無機半導體聚集體可稱為無機半導體紗線。其制備包括：無機納米基于在水-CHCl3-空氣三相界面處自發地取向、組裝和加捻。具體為，取向：納米結構的有序排列是制備紗線的必要條件，可以有效減少組裝體內部的應力集中現象。組裝：納米帶由于其高長徑比等因素，會在三相界面處形成松散的聚集體。當分散液滴入三相界面處，由于咖啡環效應的毛細力作用，納米帶單元會被推動到三相線，形成機械強度較弱的多孔組裝體。加捻：由于不同溶劑之間的表面張力不同，水-CHCl3-空氣界面處會發生馬朗戈尼流動，使納米組裝體在界面處不停地翻滾并加捻，縮短了納米基元間距，消除了多余孔道，從而增強宏觀紗線的力學性能。