用于电致变色人工肌肉的无机半导体纱线

　　东华大学Materials Horizons：

　　无机半导体纱线半导体纤维在人机交互、能量转化等方面的优势吸引了可穿戴领域的广泛关注。目前的半导体纤维以共轭聚合物材料为主，但其载流子迁移率和力学强度较低；无机半导体作为现代电子器件的基础材料，本可成为半导体纤维的理想基元，但是无机半导体纤维尚缺乏连续化制备的手段，主要原因在于：（1）无机半导体基元之间的相互作用力较弱，相比聚合物材料低一至两个数量级；（2）无机材料的脆性易导致纤维制备过程发生断裂，无法完成连续化制备。受棉线纺纱工艺的启发，东华大学材料科学与工程学院先进功能材料课题组（AFMG）的研究人员借助多相界面作用力，模仿棉线纺纱的梳棉、压实和加捻工艺，开发了无机半导体纳米晶体材料的连续化取向、组装和加捻新方法，实现了无机半导体纱线的连续化制备。研究人员同时提出以高长径比的纳米带为结构单元，强化基元相互作用力，提升了半导体纱线的强度。此外，基于双电层吸/脱附和离子晶格脱嵌耦合机制，构筑了基于无机半导体纱线的电致变色人工肌肉。

　　制备流程借鉴棉线的工艺与命名，多束有序排列的一维基元组成的连续化无机半导体聚集体可称为无机半导体纱线。其制备包括：无机纳米基于在水-CHCl3-空气三相界面处自发地取向、组装和加捻。具体为，取向：纳米结构的有序排列是制备纱线的必要条件，可以有效减少组装体内部的应力集中现象。组装：纳米带由于其高长径比等因素，会在三相界面处形成松散的聚集体。当分散液滴入三相界面处，由于咖啡环效应的毛细力作用，纳米带单元会被推动到三相线，形成机械强度较弱的多孔组装体。加捻：由于不同溶剂之间的表面张力不同，水-CHCl3-空气界面处会发生马朗戈尼流动，使纳米组装体在界面处不停地翻滚并加捻，缩短了纳米基元间距，消除了多余孔道，从而增强宏观纱线的力学性能。