近日，上海科技大學(xué)物質(zhì)學(xué)院凌盛杰課題組和合作者在基于蠶絲蛋白納米纖維的離子導(dǎo)體皮膚研究上取得進展。他們通過采用高效的氣流輔助靜電紡絲方法制備出了具有優(yōu)異阻燃效應(yīng)和火情預(yù)警功能的蠶絲納米纖維/石墨烯多功能電子皮膚。該成果在線發(fā)表于《先進材料》。
隨著信息技術(shù)的發(fā)展，人工智能機器人已從科幻小說走進現(xiàn)實生活。作為智能機器人重要組成部分的電子皮膚也受到關(guān)注。在眾多材料中，納米纖維材料因具有結(jié)構(gòu)設(shè)計性強、超薄靈活、透氣性好等特點，在電子皮膚領(lǐng)域表現(xiàn)出良好的應(yīng)用前景，但目前制備納米纖維材料所采用的靜電紡絲方法面臨產(chǎn)量過低以及材料環(huán)保性能差等問題。
凌盛杰課題組以天然絲蛋白與石墨烯為原材料，通過高效氣流輔助靜電紡絲方式制備了由絲蛋白納米纖維離子導(dǎo)體和石墨烯片共同構(gòu)成的多級結(jié)構(gòu)的電子皮膚。與一般靜電紡絲方法不同，該方法受溶液導(dǎo)電性影響較小，可實現(xiàn)高鹽離子含量聚合物的紡絲，且對纖維聚集體的結(jié)構(gòu)具有較好的操控性，其紡絲效率通常可達到普通電紡絲的5~10倍。
氣流輔助式電紡絲方法所制備的電子皮膚具有良好的力學(xué)性能和可拉伸性能，且具有濕度響應(yīng)的自黏附性能，可貼附于各種物體表面。同時，基于凌盛杰課題組之前對絲蛋白基離子導(dǎo)體防火功能的研發(fā)，這種納米纖維離子導(dǎo)體皮膚同樣展現(xiàn)出非常好的阻燃特性。
與普通的阻燃材料不同的是，這類電子皮膚還具有良好的溫濕度變化響應(yīng)。將其接入電信號測試系統(tǒng)，在遇明火接觸時，可有效阻止火焰蔓延、迅速且穩(wěn)定傳遞出特征信號，從而達到防護與預(yù)警同步的功能。研究人員由此開發(fā)了一套本地—云端—移動終端聯(lián)動的火情預(yù)警系統(tǒng)，材料可在接觸火焰后2秒內(nèi)迅速觸發(fā)報警機制，實現(xiàn)三終端同步報警的功能。同時，可將所制備的電子皮膚集成于機器人手部，在遇到火情刺激時激發(fā)機器人的自我保護機制，使其做出撤手等一系列規(guī)避危險的動作。（黃辛）
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